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UNIVERSIDADE DE SÃO PAULO – USP INSTITUTO DE ASTRONOMIA, GEOFÍSICA E CIÊNCIAS ATMOSFÉRICAS
DEPARTAMENTO DE CIÊNCIAS ATMOSFÉRICAS
ESTUDO DA COMPOSIÇÃO QUÍMICA DO MATERIAL PARTICULADO FINO
(MP2,5) EM PORTO ALEGRE E BELO HORIZONTE
Dissertação de Mestrado
DÉBORA RUIZ BRUM
ORIENTADOR: PROFª. DRª. ADALGIZA FORNARO
São Paulo Agosto 2010
DÉBORA RUIZ BRUM
ESTUDO DA COMPOSIÇÃO QUÍMICA DO MATERIAL PARTICULADO FINO (MP2,5) EM PORTO ALEGRE E BELO HORIZONTE
Dissertação apresentada ao Departamento de Ciências Atmosféricas da Universidade de São Paulo como parte dos requisitos necessários para a obtenção do grau de Mestre em Ciências Atmosféricas.
Área de concentração: Meteorologia Orientadora: Profa. Dra. Adalgiza Fornaro
São Paulo Agosto 2010
Aos meus queridos pais, Carpes e Rosane
Agradecimentos
A Deus em primeiro lugar, por ter me dado condições de desenvolver este trabalho. Aos
meus pais, pelo carinho e incentivo constante, o que foi essencial e não permitiu meu
esmorecimento durante todo este processo. Ao Cláudio pela paciência, compreensão e o
apoio na execução final desta tarefa e ao Davi pelas longas tardes de sono, que permitiram
a finalização deste trabalho.
Em especial, à Professora Adalgiza Fornaro, pela orientação, paciência e principalmente
pelo apoio e confiança ao longo destes anos, o que foi primordial para o desenvolvimento e
conclusão deste trabalho.
A todos os professores e funcionário do Departamento de Ciências Atmosféricas - IAG/USP,
pela disponibilidade e ajuda sempre que solicitados por mim.
Às queridas amigas Rosana e Regina, responsáveis pelas análises realizadas no LAPAt,
pela amizade, carinho e essencial ajuda no desenvolvimento deste trabalho.
Às grandes amigas, Vanessa e Carol, que sempre estiveram me dando força nos momentos
mais difíceis e pela agradável companhia nos momentos alegres. Em especial, a Vanessa,
pela paciência e ajuda na correção de relatórios, monografia e alguns capítulos deste
trabalho.
Aos meus grandes amigos do Sul, Ivan, Felipe, Pinheirinho (Luiz Fernando), pelo
companheirismo nas horas de descontrações e pelo carinho nas horas tristes longe de casa.
Em especial, ao Diego, pela paciência em muitos momentos de estresse e pela amizade
que foi muito importante durante a estadia em São Paulo.
Aos meus companheiros e amigos de pensão, Carmen e Maicon, Pá e Olavo, pelos grandes
momentos que vivenciamos juntos.
Aos meteorologistas, Éliton do CPPMet de Pelotas, e o Flávio Wiegand da FEPAM pela
ajuda com dúvidas relacionada a meteorologia.
À CAPES pelo apoio financeiro (bolsa), sem o qual este trabalho não teria sido realizado.
Ao Prof. Dr. Paulo Saldiva (FM/USP), coordenador do projeto “AVALIAÇÃO AMBIENTAL,
SAÚDE E SÓCIO-ECONÔMICA DO PROCONVE EM 6 REGIÔES METROPOLITANAS”,
financiado pelo Ministério do Meio Ambiente (MMA) e Fundação Hewlett, que possibilitou
toda a infra-estrutura para a realização das amostragens.
A todos que, contribuíram direta ou indiretamente, para o desenvolvimento e conclusão
deste trabalho.
Sumário Resumo ................................................................................................................................ 7
Abstract ................................................................................................................................ 8
1. Introdução ........................................................................................................................ 9
2. Revisão Bibliográfica .................................................................................................... 10 2.1 Breve Histórico da Poluição do Ar......................................................................... 10
2.2 Aerossol Atmosférico .............................................................................................. 12
2.2.1 Propriedades Físicas do Aerossol ................................................................. 13 2.2.2 Composição Química do Aerossol ................................................................. 15
2.3 Padrões de Qualidade do Ar.................................................................................. 16
2.4 Efeitos do Material Particulado na Saúde ............................................................ 17
2.5 Efeitos do Material Particulado no Clima .............................................................. 18 2.6 A Influência de Fatores Meteorológicos nos Níveis de Poluição ....................... 19
3. Caracterização das Regiões de Estudo ..................................................................... 20
3.1 Região Metropolitana de Porto Alegre - RMPA ................................................... 20 3.1.1 Características Climatológicas da RMPA – Rio Grande do Sul .................. 24
3.1.2 Rede de Monitoramento da Qualidade do Ar................................................ 25
3.2 Região Metropolitana de Belo Horizonte – RMBH .............................................. 26
3.2.1 Características Climatológicas da RMBH – Minas Gerais ........................... 31 3.2.2 Rede de Monitoramento da Qualidade do Ar................................................ 32
4. Metodologia ................................................................................................................... 33
4.1 Locais de Amostragem ........................................................................................... 33 4.3 Métodos Analíticos.................................................................................................. 35
4.3.1 Gravimetria - Massa ........................................................................................ 35
4.3.2 Refletância - Black Carbon ............................................................................. 36
4.3.3 Florescência de Raios- X por Dispersão de Energia – Análise Elementar 37 4.3.4 Cromatografia de Íons - Cátions e Ânions Solúveis ..................................... 38
4.4 Índice de Fisher ....................................................................................................... 39
4.5 Dados Meteorológicos ............................................................................................ 40 5. Resultados e Discussões ............................................................................................. 40
5.1 Comportamento Médio de Acordo com o Dia da semana .................................. 53
5.2 Variabilidade sazonal ............................................................................................. 55
5.3 Análise dos Resultados da Composição Elementar ........................................... 57 5.4 Variabilidade Temporal das Concentrações Elementares ................................. 62
5.5 Análise dos Resultados da Composição Iônica ................................................... 66
6. Considerações Finais ................................................................................................... 69
7. Sugestões Para Trabalhos Futuros ............................................................................ 71 8. Referências Bibliográficas............................................................................................ 72
7
Resumo O material particulado fino (MP2,5) tem sido considerado um dos poluentes
atmosféricos mais agressivos à saúde humana, principalmente para crianças e idosos. A
presente dissertação foi desenvolvida no âmbito do projeto com característica
multidisciplinar “AVALIAÇÃO AMBIENTAL, SAÚDE E SÓCIO-ECONÔMICA DO
PROCONVE EM 6 REGIÔES METROPOLITANAS”. O trabalho aqui apresentado estudou a
influência de fontes de emissões locais e condições meteorológicas nas concentrações de
massa, Black Carbon (BC) e composição elementar e iônica do MP2,5 de duas regiões
Metropolitanas: Belo Horizonte (15/05/2007 a 28/07/2008) e Porto Alegre (02/06/2007 a
31/08/2008). Apesar das duas cidades apresentaram características do ponto de
amostragem muito semelhantes (região central com intenso trafego de ônibus e veículos
leves), as condições meteorológicas foram bastante distintas entre si, com chuvas
igualmente distribuídas ao longo do ano em Porto Alegre, enquanto que em Belo Horizonte
observou-se período chuvoso de outubro a março. A concentração média de massa de
MP2,5 em Belo horizonte foi de 14,9 ±7,74 e em Porto Alegre de 14,6 ±13,2 µg.m-3, para o
Black Carbon foi de 4,68 ±3,41 e 4,07 ±4,55 µg.m-3, respectivamente. Nas duas regiões
verificou-se máximos de concentrações de MP2,5 e Black Carbon associados a períodos de
ausência de precipitação de até mais de 20 dias em Belo Horizonte e a ocorrência de
inversões térmicas abaixo de 500 m em Porto Alegre. Comparando-se os resultados nas
duas capitais, as concentrações de SO42- e NH4
+ foram praticamente iguais, enquanto que
os íons Na+ e Cl- apresentaram concentrações mais altas em Porto Alegre, devido maior
proximidade com o Oceano Atlântico. Porém, em relação aos elementos em Belo Horizonte
destacaram-se Mn, Si, Fe e Ca, associados à presença de intensa atividade de mineração
nas proximidades desta capital.
8
Abstract The fine particle material (PM2.5) has been considered one of the most aggressive
atmospheric pollutants to the human health, mostly children and senior citizens. The present
dissertation was developed in the scope of the multidisciplinary project “AVALIAÇÃO
AMBIENTAL, SAÚDE E SÓCIO-ECONÔMICA DO PROCONVE EM 6 REGIÔES
METROPOLITANAS”, focusing the local sources and meteorological influences on the PM2.5
mass and Black Carbon (BC) concentrations, elementar and ionic composition in the two
metropolitan regions: Belo Horizonte (05/15/2007 to 07/28/2008) and Porto Alegre
(06/02/2007 to 08/31/2008). Despite the fact that these two cities presented very similar
sampling point characteristics, buses and light vehicles intense traffic in the downtown area,
the meteorological conditions were very different from each other. Porto Alegre presented
yearly rainfalls equally distributed, while Belo Horizonte showed rainy periods from October
to March. The average mass and BC concentrations were 14.9±7.7 and 4.68±3.41 µg.m-3,
respectively in Belo Horizonte and 14.6±13,2 and 4.07±4.55 µg.m-3 in Porto Alegre. The
maximum PM2,5 and BC concentrations were observed after some days without rain events
in Belo Horizonte, and during lower (500m) boundary layer situations in Porto Alegre. The
similar SO42- and NH4
+ concentrations were observed in both regions, while Na+ and Cl-
showed higher levels in Porto Alegre, since it is closer to the Atlantic Ocean. On the other
hands, in Belo Horizonte the Mn, Si, Fe and Ca concentrations were higher due to the mining
activities nearby.
9
1 Introdução
Acredita-se que o ar limpo seja um requisito básico da saúde e bem estar dos seres
humanos. No entanto, sua contaminação segue representando uma ameaça importante a
saúde no mundo todo (WHO, 2005). O impacto sobre o meio ambiente e os efeitos
negativos sobre a saúde humana devido à má qualidade do ar, tem sido foco principal de
programas de regulamentações ambientais.
Nas últimas décadas, os esforços para controlar a poluição do ar têm atingido alguns
efeitos positivos. No entanto, a poluição atmosférica continua a ser um grande problema, e
controles mais rígidos de emissão estão sendo executada por muitos governos.
Recentemente, partículas atmosféricas têm recebido atenção especial, visto que
equipamentos utilizados em muitos tipos de indústrias às vezes não controlam eficazmente
partículas muito finas. Além disso, há a contribuição das emissões de partículas emitidas por
queima de combustíveis por veículos a diesel ou mesmo gasolina.
O monitoramento da qualidade do ar é um mecanismo terminante nas políticas de
controle ambiental, devido ao fato de permitir a determinação do nível de concentração de
poluentes no ar e, conseqüentemente, viabilizar o acompanhamento sistemático da
qualidade do ar de determinada região, fornecendo subsídios para a avaliação e
implantação de estratégias de controle (DAMILANO, 2006).
Durante as décadas de 80 e 90, o governo brasileiro, preocupado com a ocorrência
de episódios de poluição do ar, decretou programas e leis que controlavam tanto os limites
de concentração e de emissão de gases poluentes quanto estabelecia metas para o controle
de emissões no futuro. Dentre estes, pode-se destacar o Programa de Controle da Poluição
do Ar por Veículos Automotores – PROCONVE, criado pelo CONAMA em 1986, e a
Resolução CONAMA 03/90, que estabeleceu padrões de qualidade do ar para diversos
poluentes atmosféricos (CETESB, 2007).
Baseado na experiência internacional dos países desenvolvidos, o PROCONVE
exige que os veículos e motores novos atendam a limites máximos de emissão, em ensaios
padronizados e com combustíveis de referência. De maneira simplificada, o programa foi
desenvolvido com a aplicação de tecnologias e sistemas que otimizassem o funcionamento
dos motores para proporcionar uma queima perfeita de combustível e conseqüente redução
das emissões, bem como do consumo de combustível. Em 16 anos, a emissão média de
monóxido de carbono (CO) por veículo leve, que era de 54 g/km, foi reduzida a 0,4 g/km
(CETESB, 2007). O significativo aumento da frota de veículos automotores, no Brasil, fez
10
com que estes resultados se tornassem ainda mais expressivos sobre a poluição
atmosférica em grandes centros urbanos.
Apesar da legislação ambiental vigente e de programas de controle da qualidade do
ar no Brasil, ainda é alta a concentração de gases tóxicos e material particulado nos
grandes centros urbanos, entre os quais as regiões metropolitanas de Porto Alegre e Belo
Horizonte (LANDMANN, 2004).
Recentes estudos epidemiológicos têm estabelecido uma associação entre as
concentrações de partículas atmosféricas e efeitos adversos a saúde humana (DOCKERY
et al., 1993; KELSALL et al., 1997; PAGANO et al., 1998). De acordo com SALDIVA (1994),
partículas finas apresentam uma característica importante que é a de transportar gases
adsorvidos em sua superfície até as porções mais distais das vias aéreas, onde ocorrem as
trocas de gases no pulmão. Além disto, os aerossóis interferem nas propriedades radiativas
da atmosfera, podendo atuar como núcleos de condensação de nuvens o que pode alterar
as condições climáticas locais (MARTINS, 1999; ANDRADE E DIAS, 1999).
Visto que o desenvolvimento urbano e industrial tem atingido cada vez mais outras
regiões do Brasil, além dos grandes centros como São Paulo e Rio de Janeiro, este trabalho
tem como objetivo avaliar efeitos locais e das condições meteorológicas na variabilidade da
concentração em massa e composição química do material particulado (MP2,5) coletado em
duas outras importantes regiões metropolitanas brasileiras: Belo Horizonte e Porto Alegre.
2 Revisão Bibliográfica
2.1 Breve Histórico da Poluição do Ar
Embora a poluição do ar esteja intimamente relacionada ao processo de urbanização
e industrialização, ela não é apenas um problema atual. Provavelmente começou com a
descoberta do fogo e sua utilização pelo homem, para cozinhar seus alimentos, aquecer-se
e proteger-se de animais selvagens. Com o desmatamento e a urbanização houve uma
diminuição significativa da madeira, o que provocou a descoberta do potencial energético do
carvão (CARVALHO, 2006; VIERA, 2009).
A utilização do carvão nas principais atividades econômicas, no começo da era
cristã, deu início aos problemas de poluição do ar para as comunidades e para a vizinhança
destas atividades. As primeiras reclamações que se tem registro datam de 351 a.C., feitas
pelo filósofo grego Theophrastos, que se referia à queima de combustíveis fósseis, cujo
cheiro era incômodo e desagradável. O poeta Horácio, em 65 a.C., comenta o
11
enegrecimento dos templos pela fumaça da queima de combustíveis. O filósofo romano
Sêneca, no ano 61, também relatava o mal estar que o ar pesado de Roma lhe causava
(STERN, 1984)
No reinado de Eduardo I (1272-1307), devido às reclamações por parte da nobreza,
o Parlamento Britânico proibiu o uso do carvão em Londres quando o rei estivesse na
cidade. Uma pessoa foi executada, no Reinado de Eduardo II, por violar este decreto e
poluir o ar com odores pestilentos devido à queima de carvão. Nos reinados de Ricardo III
(1377-1399), e mais tarde, no de Henrique IV (1413-1422) a Inglaterra tentou regulamentar
e restringir o uso do carvão. Porém, a falta de alternativas econômicas para substituir o
carvão permitiu que este continuasse a ser utilizado em Londres e em toda Grã-Bretanha
(VIEIRA, 2009)
Com o desenvolvimento industrial, o uso do carvão como combustível continuou
aumentando mesmo com a manifestação de populares contra a fumaça produzida destas
atividades. Pouco foi feito para controlar a queima de carvão com o passar do tempo, e a
ocorrência de graves episódios de contaminação atmosférica na primeira metade do século
XX contribuíram para estabelecer a poluição do ar como uma ameaça real á saúde pública
(VIEIRA, 2009; CARVALHO, 2004).
De acordo com STERN (1984), um dos primeiros episódios de poluição atmosférica
de que se tem registro ocorreu no vale industrial de Meuse Valley na Bélgica, quando
condições meteorológicas desfavoráveis, tais como ausência de ventos e de precipitação,
impediram a dispersão de poluentes. Uma intensa névoa de poluição perdurou durante os
primeiros cinco dias de dezembro de 1930, ocasionando um aumento no número de
doenças respiratórias e a morte de cerca de 60 pessoas.
Outro episódio semelhante ocorreu em 1948, em Donora, na Pensilvânia (EUA). A
ocorrência de inversões térmicas responsáveis por condições de estagnação atmosférica
promoveu a ocorrência de 400 hospitalizações, 20 óbitos e o adoecimento de
aproximadamente cinco mil moradores, cerca de 40% da população (AHRENS, 2000).
Contudo, o mais grave dos episódios acerca dos efeitos deletérios dos poluentes do
ar ocorreu em Londres. Durante o inverno de 1952, um episódio de inversão térmica
impediu a dispersão de poluentes, gerados então pelas indústrias e pelos aquecedores
domiciliares que utilizavam carvão como combustível. Nesta época, devido aos problemas
econômicos no pós-guerra, o carvão de melhor qualidade era exportado e os londrinos
faziam uso de um carvão de menor qualidade, ricos em enxofre, o que agravou muito o
problema. Uma massa de ar frio composta principalmente de dióxido de enxofre e material
particulado, permaneceu estacionada sobre a cidade por aproximadamente três dias,
12
levando a um aumento de 4.000 mortes em relação à média de óbitos em períodos
semelhantes (FINLAYSON-PITTS e PITTS, 2000; SALDIVA, 2002).
A partir destas ocorrências, houve um crescimento nas investigações em busca de
soluções para este problema. Diversos estudos têm sido desenvolvidos, nas últimas
décadas, buscando a compreensão dos mecanismos responsáveis pela poluição do ar,
como seus efeitos na saúde humana (CARVALHO, 2004).
2.2 Aerossol Atmosférico
O aerossol atmosférico é formado de partículas sólidas ou líquidas em suspensão na
atmosfera, podendo variar de alguns nanômetros a dezenas de micrômetros. São
constituídos por uma mistura de partículas que pode ser de origem primária (emissão direta
da fonte) ou secundária (transformação gás-partícula).
Em relação a sua origem, o material particulado pode ser originado de fontes
naturais ou antropogênicas. Os processos naturais estão relacionados a poeiras carregadas
pelo vento, spray marinho e emissões biológicas. Em geral, estes processos dão origem ao
aerossol primário. O aerossol antropogênico é aquele originado das atividades humanas,
através de processos industriais e de queima de combustíveis, que em geral levam a
emissões de gases que na atmosfera se convertem para a fase particulada, sendo, portanto
esse aerossol de origem secundária.
O material particulado atmosférico é dividido em dois grupos de diferentes tamanho:
a moda das partículas finas, menores que 2,5 µm de diâmetro aerodinâmico e a moda das
partículas grossas, maiores que 2,5 µm. Isto é conveniente, pois as frações de tamanhos
possuem diferentes propriedades físicas e químicas, diferentes processos de emissão e de
remoção da atmosfera (SEINFELD E PANDIS, 1998).
O particulado possui, em geral, tempo de permanência de dias a semanas na
atmosfera. Entretanto, ele pode ser transportado a longas distâncias por correntes de ar
favoráveis, interferindo na química e física da atmosfera não somente em escala local, mas
também em escala regional e até global.
De acordo com EPA2.1, estudos na área da saúde têm mostrado uma associação
significativa entre a exposição às partículas finas e morte prematura por doenças cardíacas
______________
2.1EPA: Agência de Proteção Ambiental dos Estados Unidos.
13
ou pulmonares. As partículas finas podem agravar doenças cardiovasculares e pulmonares
e têm sido associadas a efeitos tais como: sintomas cardiovasculares, arritmias cardíacas,
ataques cardíacos, respiratórios, asma e bronquite.
2.2.1 Propriedades Físicas do Aerossol
As propriedades físicas e químicas dos aerossóis são fortemente dependentes do
tamanho da partícula, e isto exigiu uma caracterização mais detalhada da distribuição de
tamanhos por meios estatísticos. A representação das distribuições por tamanhos em
gráficos com eixos logarítmicos possibilitaram estabelecer o significado da distribuição de
tamanho em termos de origem, características químicas e processos de remoção dos
grupos de partículas de tamanhos diferentes (WHITBY et al., 1972a, 1972b; HUSAR et al.,
1972). Foram observados três grupos distintos de partículas: com diâmetro aerodinâmico
maior que 2,5μm, denominadas de partículas grossas e aquelas com diâmetro aerodinâmico
menor que 2,5μm, denominadas de partículas finas. Sendo que a moda das partículas finas
pode ser dividida em dois grupos: partículas com diâmetro aerodinâmico entre 0,08 e 1 a
2μm, como moda de acumulação, e aquelas com diâmetro aerodinâmico entre 0,01 e
0,08μm, chamadas de moda de núcleos de Aitken (FINLAYSON-PITTS e PITTS, 2000).
A Figura 2.1 apresenta o esquema da distribuição de tamanho do aerossol
atmosférico com as quatro modas adaptado por FINLAYSON-PITTS e PITTS (2000), sendo
que a linha sólida representa a hipótese original com três modas de WHITBY. A quarta
moda (das partículas ultrafinas), assim como os dois picos observados na moda de
acumulação, é representada pela linha pontilhada.
Como pode ser observado, o gráfico de distribuição de partículas (Figura 2.1) indica
que as concentrações de aerossol urbano são multimodais. Até recentemente, era
amplamente aceito que o aerossol atmosférico era constituído por três modos distintos de
partículas. Com o aumento da atenção científica em relação às partículas ultrafinas
(diâmetro menor que 0,01 mm), as partículas atmosféricas passaram a ser descritas em
quatro modos distintos.
A Figura 2.1 também apresenta as principais fontes e processos de remoção de
partículas para cada modo. Nota-se que os aerossóis estão divididos em duas frações
principais, esses modos de partículas ou frações são diferentes em relação a sua origem,
como eles são afetados por processos atmosféricos, composição química, processos de
remoção, propriedades ópticas e capacidade de dispersão da luz e de deposição no trato
respiratório humano. A fração de partículas finas inclui três dos quatro modos ilustrados, o
modo das partículas ultrafinas, os núcleos de Aitken e o modo de acumulação.
14
A maioria das partículas atmosféricas está na fração fina, ou seja, correspondem a
um terço da massa de partículas encontradas em áreas não urbanas, e metade em áreas
urbanas. As partículas correspondentes ao modo ultrafino são provenientes de processos de
conversão de gás-partícula. Ainda que pouco contribua para massa de partículas, elas
freqüentemente estão presentes em grande número.
Os núcleos de Aitken são produzidos na atmosfera ambiente por conversão gás-
partícula, assim como pelos processos de combustão em que os vapores quentes,
supersaturados são formados e passam à condensação. Eles também servem como
núcleos de condensação de substâncias com baixa pressão de vapor em fase gasosa.
Representam apenas uma pequena percentagem de massa de partículas do ar, devido a
suas dimensões reduzidas. Além disso, diminuem rapidamente a medida que coagulam
entre si para formarem partículas maiores.
Partículas do modo de acumulação são formadas a partir da coagulação das
partículas do núcleo de Aitken e a condensação de vapores de partículas existentes. Sua
taxa de crescimento depende do número de partículas presentes, de sua velocidade e de
sua área de superfície. O termo modo de acumulação é utilizado devido aos processos de
remoção ser ineficientes nesta faixa de tamanho, resultando em partículas de “acumulação”.
Correspondem a aproximadamente 50% da massa dos aerossóis (GODISH, 2004).
Em relação à moda grossa, estas são geralmente produzidas por processos
mecânicos, como mencionado anteriormente, possuindo baixas concentrações em número e
maiores diâmetros aerodinâmico. Devido a estas condições, estas partículas primárias
normalmente não coagulam entre si, mas outras espécies podem se misturar a elas por
meio de troca de massa com a fase gasosa. Em função de seu tamanho estas partículas
grossas são rapidamente retiradas da atmosfera pelos processos de formação de nuvens e
precipitação. Sua composição química reflete a sua origem, predominando os compostos
inorgânicos como poeira e sal marinho. A maioria das partículas biológicas como esporos e
pólen também tendem a se encontrar na moda grossa (FINLAYSON-PITTS E PITTS, 2000)
15
Figura 2.1: Esquema da distribuição de tamanho do aerossol atmosférico. A linha sólida é a
clássica hipótese de Whitby e colaboradores, e a moda mais à esquerda representada pela
linha pontilhada é referente à quarta moda, a moda das partículas ultrafinas (adaptado de
FINLAYSON-PITTS E PITTS, 2000).
2.2.2 Composição Química do Aerossol
Partículas de aerossóis atmosféricos variam em sua composição química. Refletindo
a sua origem, como foram inicialmente produzidas, e sua historia atmosférica subseqüente.
Devido ao grande número de fontes de partículas primárias, a formação de partículas
secundárias, o crescimento de algumas partículas atmosféricas e absorção de outras
substâncias na fase gasosa, partículas em suspensão na atmosfera contêm centenas de
espécies químicas diferentes.
Os sulfatos, nitratos, Black Carbon (ou carbono elementar), compostos orgânicos,
carbono orgânico (OC), em geral apresentam concentrações relativamente altas em
amostras de material particulado. A composição química varia em função do tamanho das
partículas, também relacionado ao processo de origem (SEINFELD E PANDIS, 1998).
16
Partículas ultrafinas produzidas por nucleação homogênea contêm espécies como
compostos orgânicos, além de sulfato e amônio. Partículas na faixa de Aitken são
produzidas por combustão, coagulação das partículas menores, e condensação dos
produtos de reações na fase gasosa. Essas partículas, bem como as partículas do modo de
acumulação, tendem a conter Black Carbon, metais característicos da combustão, sulfatos,
nitratos (GODISH, 2004)
Compostos de sulfatos em amostras de MP2,5 incluem sulfato de amônio [(NH4)2SO4]
e /ou hidrogenosulfato de amônio (NH4HSO4), além de outros sais em menor quantidade. No
contexto global, concentrações de aerossóis de sulfato estão na faixa de 1 a 2 μg.m-3 em
áreas remotas, menores que 10 μg.m-3 em áreas rurais, e maiores que 10 μg.m-3 nas áreas
sob a influência urbana e antropica (GODISH, 2004).
De acordo com RAES et al.(2000), o Black Carbon consiste de pequenas partículas
de carbono emitidas diretamente por processos de combustão incompleta. Ao serem
formadas, estas partículas têm diâmetros entre 5 e 20nm, entretanto elas coagulam
rapidamente, formando estruturas mais compactas e atingindo diâmetros de várias dezenas
de nanômetros. Enquanto que o carbono orgânico (ou material orgânico) pode ser tanto
emitido diretamente da fonte (carbono orgânico primário) quanto ser formado pela
condensação (carbono orgânico secundário) de produtos de baixa volatilidade oriundos da
foto-oxidação de hidrocarbonetos. No entanto, devido à complexidade de amostragem e
análise destes compostos, a partição entre carbono orgânico primário e secundário ainda
sofre de grandes incertezas. Certamente com a evolução dos procedimentos analíticos
haverá uma melhoria do conhecimento científico sobre esses compostos (SEINFELD E
PANDIS, 1998).
2.3 Padrões de Qualidade do Ar
Segundo a Organização Mundial da Saúde (OMS), os padrões de qualidade do ar,
variam de acordo com a abordagem adotada para balancear riscos à saúde, viabilidade
técnica, considerações econômicas e vários outros fatores políticos e sociais, que por sua
vez dependem, dentre outras coisas, do nível de desenvolvimento e da capacidade nacional
de gerenciar a qualidade do ar. As diretrizes recomendadas pela OMS levam em conta esta
heterogeneidade e, em particular, reconhecem que, ao formularem políticas de qualidade do
ar, os governos devem considerar cuidadosamente suas circunstâncias locais antes de
adotarem os valores propostos como padrões nacionais (CETESB, 2008).
No Brasil, os padrões de qualidade do ar que definem legalmente o limite máximo
para a concentração de um poluente, que garanta a proteção da saúde e do bem estar da
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população em geral foram estabelecidos pela Resolução CONAMA 03/90. Estes podem ser
divididos em padrões primários e secundários de qualidade do ar.
Correspondem aos padrões primários de qualidade do ar, as concentrações de
poluentes que, ultrapassadas, poderão afetar a saúde da população. Podem ser entendidos
como níveis máximos toleráveis de concentração de poluentes. Enquanto que, padrões
secundários de qualidade do ar equivalem as concentrações de poluentes atmosféricos
abaixo das quais se prevê o mínimo efeito adverso sobre o bem estar da população, assim
como o mínimo dano à fauna e à flora, aos materiais e ao meio ambiente em geral. Podem
ser entendidos como níveis desejados de concentração de poluentes, constituindo-se em
meta de longo prazo (CETESB, 2008).
Os parâmetros regulamentados pela Resolução CONAMA 03/90 são as partículas
totais em suspensão (PTS), fumaça, partículas inaláveis (MP10), dióxido de enxofre (SO2),
monóxido de carbono (CO), ozônio (O3) e dióxido de nitrogênio (NO2).
Como se pode notar, a legislação brasileira não estipula padrões de qualidade do ar
para MP2,5. Decorrente disto será utilizado neste estudo como valor de referência o padrão
de qualidade do ar estabelecido pela EPA, que estabelece para 24 horas o valor de
concentração padrão de 35 µg m-3 e para média anual o valor de 15 µg m-3.
2.4 Efeitos do Material Particulado na Saúde
Estudos mostram que os atuais níveis de poluição atmosférica nas cidades de muitos
países desenvolvidos e em desenvolvimento, estão associados com o aumento das taxas
de mortalidade e morbidade. Isto tem aumentado a preocupação de que a poluição
atmosférica continua a representar uma ameaça para a saúde pública.
Segundo a EPA, o tamanho das partículas atmosféricas está diretamente ligado ao
seu potencial em causar problemas de saúde. As partículas finas apresentam os maiores
problemas, pois estas podem chegar a regiões mais distais das vias aéreas e algumas
podem até mesmo entrar na corrente sanguínea.
DOCKERY et al (1993), realizou um importante estudo em seis cidades americanas,
com dados coletados de 1974 até meados dos anos 80, no qual ele relacionou a taxa de
mortalidade com o valor médio do nível de MP2,5. De acordo com o coeficiente de correlação
obtido (r=0.986), o índice MP2,5 explica 97% da variação das taxas de mortalidade
encontradas nas seis cidades para indivíduos do sexo masculino e feminino combinados.
Os efeitos adversos da poluição na saúde são mais notados em crianças, idosos e
em pessoas que sofrem de doenças respiratórias e cardiovasculares. Nestas pessoas, os
18
poluentes levam a um agravamento nas doenças de base, promovendo infecções mais
graves como bronquites, pneumonia, asma, câncer, chegando até a morte (SEINFELD,
1986; CASTANHO, 1999; BRAGA et al., 2002; SALDIVA et al., 1994;).
Ainda, segundo a OMS, há evidências que relacionam os poluentes a gravidezes
más sucedidas e a mortes de bebês prematuros, porém a existência destas não permite
uma identificação precisa dos específicos poluentes e do tempo de exposição dos mesmos.
No entanto, as evidências são suficientes para expor a poluição do ar como causa aos
efeitos adversos no desenvolvimento dos pulmões. Estudos indicam que a exposição, tanto
no período intra-uterino ou de pós-nascimento podem prejudicar o crescimento do pulmão e
na idade adulta causar dificuldades no cumprimento das funções deste. O aumento das
crises de asma, tosse e bronquite está intimamente ligado a poluição, podendo-se observar
que indivíduos que vivem próximos a local de trânsito intenso, manifestam com freqüências
os sintomas da asma.
Além dos efeitos deletérios causados a saúde humana por particulados atmosféricos,
vale ressaltar também a interferência destes na visibilidade e no clima.
2.5 Efeitos do Material Particulado no Clima
A degradação da visibilidade resulta da dispersão e da absorção de luz por partículas
e gases atmosféricos. Os principais aerossóis que contribuem para reduzir a visibilidade são
os que envolvem compostos de sulfatos, nitratos, compostos orgânicos, carbono elementar
e poeira do solo. Partículas com diâmetros entre 0,1 e 1 μm são as que mais contribuem
para a redução da visibilidade (MIRANDA, 2001).
Por espalharem e absorverem a radiação solar incidente na atmosfera, as partículas
podem ocasionar uma diminuição na radiação que chega a superfície. Caso a partícula
tenha propriedades absorvedoras, pode causar o aquecimento da atmosfera como, por
exemplo, o Black Carbon que é um forte absorvedor da luz visível, ou partículas derivadas
dos minerais, os quais absorvem energia no comprimento de onda longa (infravermelho).
Entretanto, se houver espalhamento, parte da radiação é refletida de volta para o espaço,
provocando assim resfriamento na superfície da Terra. Partículas finas são efetivas no
espalhamento da radiação solar. A composição química do aerossol e seu tamanho
determinam o tipo de interação característica entre o material particulado e a radiação
(ALBUQUERQUE, 2003).
Os aerossóis podem também influenciar no crescimento de nuvens e na formação de
chuva. Muitos são eficientes como núcleos de condensação de nuvens (NCN), mas também
podem ser afetados pelas nuvens, ocorrendo condensação de vapor d’ água em partículas,
19
ou incorporação de partículas por gotas. Se houver precipitação, o aerossol é removido; se
a água evapora, o aerossol é regenerado, entretanto seu tamanho e composição terão sido
modificados. Ainda alguns gases podem reagir na atmosfera e formar partículas, as quais
são incorporadas em nuvens, onde servem também como NCN. Um exemplo clássico é a
incorporação das partículas de sulfato numa nuvem de chuva e sua deposição na água de
chuva (MIRANDA, 2001).
Segundo (CCOYLLO e ANDRADE, 2002), cerca de 80% dos núcleos de
condensação de nuvens gerados globalmente provêm de aerossóis marinhos, o que os
torna muito importantes no balanço de radiação. Os núcleos de condensação de nuvens
podem estar alterando o regime de chuvas na região de São Paulo (ANDRADE e DIAS,
1999).
2.6 A Influência de Fatores Meteorológicos nos Níveis de Poluição
A meteorologia é um fator decisivo na determinação da qualidade do ar, através de
diversos processos atmosféricos que controlam ou influenciam fortemente a evolução das
emissões, das espécies químicas, dos aerossóis e do material particulado. As condições
meteorológicas que afetam uma determinada localidade em um determinado instante é
resultado de numerosos processos que agem em várias escalas (macroescala, mesoescala
e microescala) (SALDANHA, 2005).
Os processos atmosféricos e a circulação associada aos grandes centros de pressão
determinam e afetam o estado do tempo sobre os continentes e grandes oceanos do globo.
Os centros de altas pressões, denominados de anticiclones, estão associados a condições
de tempo caracterizadas por grande estabilidade com pouca mistura vertical e, portanto
fraca dispersão dos poluentes. Enquanto que condições de instabilidade e de grande
turbulência estão ligadas a sistemas de baixa pressão, ou ciclones, o que favorece a
dispersão de poluentes. Quando estas situações perduram por um tempo mais longo, em
condições desfavoráveis à dispersão, podem levar a episódios de altas concentrações de
poluentes.
A estabilidade atmosférica é quem determina a capacidade do poluente de se
expandir verticalmente. Como mencionado acima, situações de estabilidade dificultam a
dispersão de poluentes, enquanto que, condições instáveis geram movimentos ascendentes
que facilitam a dispersão destes poluentes para níveis mais altos da atmosfera. É na
condição estável que acontece o fenômeno conhecido como inversão térmica, que
associada à poluição atmosférica pode gerar grandes concentrações de poluentes.
20
Normalmente, a temperatura do ar tende a diminuir com a altura, assim o ar mais
próximo a superfície é mais quente. Por ser mais leve, este ar quente pode facilmente
ascender a camadas mais altas. Quando há um rápido resfriamento do solo ou um rápido
aquecimento das camadas atmosféricas superiores, o ar quente se sobrepõe acamada de ar
frio, passando a funcionar como uma “tampa” e impedindo os movimentos verticais de
convecção. Assim, o ar frio próximo ao solo não sobe porque é mais denso e o ar quente
não desce por ser menos denso, fazendo com que os poluentes se mantenham próximos da
superfície. Situações de inversões térmicas ocorrem durante o ano todo, porém no inverno
elas são observadas em camadas mais baixas, principalmente no período noturno
(DAMILANO, 2006; TORRES e MARTINS, 2005; CETESB, 2008).
Levando em conta que as condições meteorológicas estão diretamente ligadas ao
transporte e dispersão de poluentes, vários trabalhos têm sido realizados com a intenção de
analisarem as relações entre sistemas sinótico-meteorológicos e índices de poluição do ar.
No Brasil, estudos clássicos tais como, SETZER et al. (1980), ABREU (1984),
MANFREDINI (1988), realizados na Região Metropolitana de São Paulo, mostraram que
episódios de altas concentrações de poluentes atmosféricos, ocorrem principalmente na
presença de um sistema de alta pressão (anticiclone) semi-estacionário sobre a região. Esta
situação provoca condição meteorológica desfavorável à dispersão dos poluentes, com a
atuação de ventos fracos e a formação de inversões térmicas próximas à superfície, entre
outros fenômenos observados. A mudança desta situação de estagnação ocorre
normalmente quando um sistema frontal atinge a região, causando instabilidade da
atmosfera e aumentando a ventilação, o que favorece a dispersão dos poluentes.
3 Caracterização das Regiões de Estudo
3.1 Região Metropolitana de Porto Alegre - RMPA
A Região Metropolitana de Porto Alegre (RMPA) é composta por 31 municípios, onde
vive aproximadamente quatro milhões de habitantes, o correspondente a 61% da população
total do Estado do Rio Grande do Sul (IBGE, 2007). Ao sul, a RMPA é banhada pela Lagoa
dos Patos (Figura 3.1); a leste, encontra-se a planície costeira e o Oceano Atlântico (de 80 a
100 km de distância); ao norte, a Serra Geral e uma região de planalto, que declina
moderadamente em direção ao sul e abruptamente em direção a leste; a oeste há a
Depressão Central. Dessa forma, destacam-se altitudes inferiores a 20m, ao sul da RMPA,
e, ao norte, superiores a 300m.
21
Figura 3.1: Localização do Município de Porto Alegre - Rio Grande do Sul, Brasil.
O Rio Grande do Sul conta com elevado número de indústrias de tipologias bem
distintas cujo licenciamento é outorgado pela Fundação Estadual de Proteção Ambiental
(FEPAM). Dentre estas, cerca de 6600 indústrias são de alto e médio potencial poluidor.
Alguns ramos em particular têm maior potencial de poluição atmosférica como às indústrias
metalúrgicas, mecânicas, químicas, petroquímicas, petrolíferas e de papel e celulose.
Em relação à emissão de poluentes atmosféricos, pode-se destacar, dentro da
RMPA, a região industrial que se estende desde o Município de Guaíba, localizado na
direção sudeste do Município de Porto Alegre, em direção ao norte, passando pela capital e
atingindo os municípios de Canoas, Esteio, Sapucaia do Sul, até o vale coureiro calçadista
do Rio dos Sinos. É na direção norte, seguindo pelo importante eixo rodoviário representado
pela BR-116, que se encontra a periferia da Região Metropolitana (FEPAM, 2002).
A área industrial da região metropolitana possui vários empreendimentos de grande
porte, com alto potencial poluidor (observar Figura 3.2). Dentre estes, destaca-se a refinaria
de petróleo Alberto Pasqualini, a indústria de celulose (Grupo Aracruz celulose), duas
fábricas de aço (Siderúrgica Riograndense e Gerdau S.A Aços Finos Piratini), um complexo
industrial petroquímico (III Complexo Industrial Petroquímico), o Complexo Automotivo de
Gravataí, duas usinas termelétricas a carvão (Termelétrica de Charqueadas-TERMOCHAR,
Usina Termelétrica de São Jerônimo – UTSJ) e uma usina termelétrica a óleo, em Alegrete
(BRAGA et al., 2005).
Fonte: Google Earth
22
No que se refere aos veículos em uso na RMPA, segundo a FEPAM, 20% do total
dos 3,1 milhões de veículos do estado circulam na cidade de Porto Alegre, sendo uma das
principais fontes de emissão de poluentes atmosféricos na região.
A distribuição dos veículos da frota quanto aos combustíveis utilizados era de 79 %
movidos a gasolina, 9 % a diesel e 8% a álcool, no ano de 2001. O emprego de outros
combustíveis ou de formas alternativas de energia representa 4% do total. Destaca-se,
particularmente, uma tendência de crescimento mais acentuada nos veículos que utilizam
gasolina/gás natural (FEPAM, 2002).
Atualmente, existem cadastradas no Detran (RS) 24, 30 e 27 empresas conversoras
de motores para o uso de gás natural veicular no interior do estado, na RMPA e em Porto
Alegre, respectivamente. Entre os anos de 1997 e 2002, a frota de veículos apresentou um
crescimento médio de 5% ao ano. Com base nesta taxa de crescimento, em 2010, a frota
deverá estar em torno de cinco milhões de veículos.
De forma geral, quanto à concentração industrial e veicular, merecem destaque
Gravataí, Cachoeirinha, Canoas, Porto Alegre, Novo Hamburgo e São Leopoldo, todos
integrantes da RMPA.
Porto Alegre, capital do Estado (localizada em 30º01’59” S 51º13’48” W) e uma das
cidades onde foi realizado o monitoramento das concentrações material particulado fino
analisado por este estudo, abrange uma área de 495,53 km² (IBGE, 2007), onde 44,45 km²
destes estão distribuídos nas 16 ilhas do Guaíba sob jurisdição do município. Concentra
uma população de 1,42 milhões de pessoas (IBGE, 2007) e uma frota de 705.951 veículos.
Possui um relevo montanhoso na região mais ao sul no qual está localizado o Morro de
Santana, 310 m acima do nível do mar. Os pontos mais baixos situam-se, na área
continental, no Aeroporto Salgado Filho, com 1,1 m e, no Arquipélago, na Ilha das Flores,
aonde chega a apenas 0,1 m. O município é limitado ao sul e oeste pelo Lago Guaíba, a
leste, pelos municípios de Alvorada e Viamão e ao norte pelo rio Gravataí.
23
Figura 3.2: Mapa da Região Metropolitana de Porto Alegre composta por 31 municípios e a localização das principais atividades industriais
desenvolvida na região. O local de amostragem está localizado ao centro-norte de Porto Alegre (estrela, ao lado do Hospital São Lucas - 8).
24
3.1.1 Características Climatológicas da RMPA – Rio Grande do Sul
Em relação às características climáticas da região, alguns fenômenos atmosféricos
de grande e mesoescala são determinantes nos índices de precipitação e na temperatura do
ar. Dentre os mais importantes, destacam-se a passagem de sistemas frontais,
responsáveis por grande parte da pluviometria, os cavados invertidos, El Niño-Oscilação Sul
(ENOS), sistemas convectivos de mesoescala, vórtices ciclônicos, ciclogêneses e
frontogêneses. Em média, ocorrem cerca de 60 ciclogêneses sobre a Região Sul a cada ano
(BARBIERI, 2007).
No Rio Grande do Sul, a localização latitudinal e as características geográficas
favorecem a atuação sucessiva de sistemas meteorológicos característicos das latitudes
médias, principalmente das massas de ar Tropical Atlântica e Polar Marítima. A atuação
destas massas de ar, principalmente durante o verão, é associada à ocorrência de
temperaturas mais altas, ventos predominantes do quadrante leste e chuvas decorrentes do
aquecimento da superfície.
Entre o outono e a primavera, o estado é atingido com mais freqüência pelas massas
de ar frias polares, com maior influência durante o inverno, quando ocorrem os máximos de
precipitação, geada e até mesmo neve é registrada em algumas localidades. Esta
variabilidade na precipitação se deve às frentes estacionárias e ao fato de o Rio Grande do
Sul fazer parte de uma região denominada de frontogenética (BRITTO et. al., 2006). Estas
massas de ar frio são bastante estáveis, com uma camada de inversão térmica bem
definida, e ventos fracos. Estas características geram estagnação atmosférica, o que é uma
condição desfavorável para a dispersão de poluentes, levando a ocorrência de picos de
concentração de poluentes.
Na RMPA, o clima é temperado, subtropical úmido, com verões quentes e invernos
frios e chuvosos. Segundo as Normais Climatológicas do INMET, como pode ser observado
na Figura 3.3, há uma queda de temperatura bastante acentuada no mês de junho e, a partir
deste mês um aumento significativo na precipitação, o que caracteriza o período de chuva
na região (de junho a outubro). A umidade relativa, pelo contrário, não sofre variação muito
acentuada ao longo do ano e quanto à temperatura, apresentando um sutil aumento nos
meses de maio a julho.
25
Figura 3.3: Perfil mensal de temperatura, precipitação e umidade relativa de Porto Alegre,
segundo as Normais Climatológicas (1961-1990). Fonte: INMET, 1992.
3.1.2 Rede de Monitoramento da Qualidade do Ar
O estado possui uma rede manual de monitoramento, a qual compreende doze
estações localizadas na RMPA. São realizadas coletas de 24 horas, de seis em seis dias,
cujas amostras são analisadas nos laboratórios da Fundação Estadual de Proteção
Ambiental (FEPAM). Os métodos de medição utilizados estão de acordo com as normas
recomendadas (ABNT, EPA); e os poluentes monitorados são: material particulado (PM10),
partículas totais em suspensão (PTS) e dióxido de enxofre (SO2). Estas estações manuais
fornecem médias diárias dos poluentes atmosféricos.
Com base nos dados obtidos pela rede manual de monitoramento, em relação ao
material particulado, o padrão secundário médio anual de partículas totais em suspensão foi
ultrapassado tanto em 2001 como em 2002 em diferentes locais de monitoramento, com
episódios de qualidade Regular, possivelmente associado a passagens de frentes frias,
ventos fracos e inversão térmica, que provocaram acúmulo de MP. De acordo com o
Relatório de Qualidade do Ar de 2001-2002 (FEPAM, 2002), o material particulado pode ter
sido proveniente de atividades industriais e veiculares, devido à localização das estações de
monitoramento.
A região também possui uma rede de Monitoramento Automático da Qualidade do
Ar, instalada em locais estratégicos, como na RMPA, formada por oito estações de
monitoramento, sete fixas e uma móvel, interligadas a uma central de recebimento e
26
gerenciamento de dados. São gerados os dados de concentração de PM10, SO2, óxidos de
nitrogênio (NOx), monóxido de carbono (CO) e ozônio (O3), os quais são enviados
periodicamente à central, permitindo o acompanhamento da qualidade do ar nos locais
monitorados.
A partir do levantamento dos dados da rede automática de monitoramento da
qualidade do ar para 2001 e 2002, pode ser observada uma tendência sazonal para alguns
poluentes. Para o PM10, principalmente no inverno, além de episódios de qualidade Regular,
foram verificados dois episódios com qualidade do ar inadequada (ultrapassagem do padrão
de qualidade de curto período - média de 24 horas- que é de 150 g m-3).
3.2 Região Metropolitana de Belo Horizonte – RMBH
A Região Metropolitana de Belo Horizonte (RMBH) está localizada a 450 km de
distância do Oceano Atlântico. Com 34 municípios, possui população aproximada de cinco
milhões de habitantes. A RMBH constitui atualmente um dos maiores aglomerados urbanos
do país. O forte desenvolvimento industrial da região deve-se, em primeira linha, à presença
de consideráveis jazidas de minerais metálicos, particularmente o ferro, e à sua privilegiada
localização, próxima a grandes centros consumidores e aos principais corredores de
exportação do país
A RMBH localiza-se na região Metalúrgica do Estado de Minas Gerais (Figura 3.4) e
é responsável por 66% da atividade mineradora do Estado. Também estão instaladas na
região, indústrias de grande porte ligadas ao setor siderúrgico, de minerais não metálicos
(cimento e cal), de petróleo e a indústria automobilística. Somente 4% da população
economicamente ativa se dedicada à agropecuária, em geral, com produtos
hortifrutigranjeiros (FEAM, 2006).
27
Figura 3.4: Localização do Município de Belo Horizonte em Minas Gerais.
Segundo relatório técnico da Fundação Estadual do Meio Ambiente de Minas Gerais
(FEAM, 2001), até o presente momento havia sido realizado apenas um inventário no
estado, com o objetivo de coletar dados sobre todas as indústrias localizadas na RMBH,
para identificar aquelas de maior potencial poluidor do ar e das águas.
De acordo com o inventário que utilizou dados obtidos em três anos de
monitoramento (1980 a 1983), as indústrias com maior percentual poluidor eram as
indústrias metalúrgica e de minerais não metálicos que correspondiam a mais de 90% das
emissões de material particulado, CO e NOx e cerca de 65% das emissões de SOx,
enquanto as indústrias química e têxtil complementavam as emissões de NOx e SOx.
Em julho de 2003 um novo inventário de fontes emissoras foi publicado, onde ao
todo foram identificadas e inventariadas 834 fontes emissoras significativas na RMBH,
sendo 618 fontes fixas e 216 fontes móveis. Conforme a Figura 3.5 (Fonte: Fundação João
Pinheiro), pode-se observar a distribuição de atividades industriais na RMBH, onde a região
noroeste é caracterizada, principalmente, pela mineração de calcário, dado pela localização
de fábricas de cal e cimento, como também alguns distritos industriais. Na região sudeste,
há o predomínio da mineração de ferro, inclusive algumas indústrias siderúrgicas. Ao S/SO
de Belo Horizonte estão localizadas duas termelétricas, como também indústrias
siderúrgicas e, ainda ao Sul uma refinaria de petróleo.
Segundo a FEAM (2001), Minas Gerais apresenta o segundo lugar em número de
veículos no país, na qual a maior concentração em número de veículos corresponde à área
Fonte: Google Earth
28
que vai do Triângulo Mineiro em direção a região sul, coincidindo com áreas de maior
desenvolvimento sócio econômico.
Na RMBH, encontram-se registrada cerca de 30% da frota do Estado sendo
determinante, para esse total, a contribuição de Belo Horizonte, Contagem e Betim. De
acordo com a FEAM (2001), em 2001, a Figura 3.4 apresenta a evolução anual das frotas
de veículos, de 1985 a 2000, da região conurbada e do restante da RMBH. Verificou-se para
a primeira um crescimento bem mais acentuado, de quase quatro vezes no período,
enquanto que na região restante da RMBH apenas duplicou.
Figura 3.4: Evolução das frotas da Região Conurbada e do Restante da RMBH. Fonte:
Fundação Estadual do Meio Ambiente – FEAM.
Outra característica distinta foi verificada entre as duas regiões, em relação à idade
da frota, onde a região conurbada apresentou uma frota bem mais nova em relação àquela
correspondente a do restante da RMBH, pois apenas 27% dos veículos em circulação em
Belo Horizonte/Contagem/Betim são anteriores a 1985 e cerca de 50% anteriores a 1993.
No caso da frota correspondente ao restante da RMBH, estas porcentagens atingem 48% e
72%, respectivamente. Este fato é justificado pelas taxas de crescimento das duas frotas,
embora do período anterior a 1985 até 1992, ambas tenham registrado praticamente o
mesmo crescimento, em torno de 17%, a partir de 1992 até 2000, a frota de Belo
Horizonte/Contagem/Betim cresceu 54%, enquanto a do restante da RMBH cresceu 31% no
período.
29
Figura 3.5: Mapa da Região Metropolitana de Belo Horizonte composta por 34 municípios, com a localização das principais atividades
industriais desenvolvida na região. O local de amostragem está localizado na região central de Belo Horizonte (estrela).
30
Em relação à composição das frotas dos três municípios por tipo de veículo e
combustível utilizado, a frota de Belo Horizonte distingue-se das de Contagem e Betim
devido à maior participação de veículos a álcool, cerca de 20% do total de veículos em
circulação na capital. Em compensação a participação dos veículos a diesel em Belo
Horizonte é menor do que em Contagem e Betim que apresentaram 11 e 8%,
respectivamente. Quanto aos automóveis movidos a gasolina, Betim apresentou a maior
quantidade de veículos que utilizam este combustível, cerca de 80%.
Os resultados finais do inventário de fontes móveis mostraram que, no ano 2000, a
frota de veículos de Belo Horizonte/Contagem/Betim emitiu uma quantidade aproximada de
264.000 toneladas de poluentes para a atmosfera. O gráfico da Figura 3.6 apresenta, em
porcentagem do total emitido, as contribuições relativas dos tipos de combustíveis para esta
poluição. Conforme se pode constatar, à exceção do CO cuja maior parcela é originária dos
veículos à gasolina, a frota a diesel é responsável pela grande maioria das emissões de
material particulado e de óxidos de nitrogênio e enxofre para a atmosfera da Região
Conurbada. Com relação à porcentagem do total emitido, pode-se constatar que as
contribuições relativas dos tipos de combustíveis para esta poluição, a frota à diesel é
responsável pela grande maioria das emissões de material particulado e de óxidos de
nitrogênio e enxofre para a atmosfera da região Conurbada.
Figura 3.6: Contribuição da frota de Belo Horizonte/Contagem/Betim, para a poluição
atmosférica por tipo de combustível. Fonte: Fundação Estadual do Meio Ambiente - FEAM
31
Capital do estado de Minas Gerais, Belo Horizonte está localizada em 19°55’57” S e
46°56’32” W, a 850 metros acima do nível do mar. Sua população, estimada pelo IBGE em
2007, foi de 2.424.295 habitantes e sua frota veicular era em torno de 979.580 veículos
(COMAQ). Segundo a FEAM, houve um crescimento de 8,2% em 2006 em relação a 2005 e
de 4,2% no 1º semestre de 2007 em relação ao ano de 2006.
Atualmente, é considerado o quinto município mais populoso do Brasil, com
aproximadamente 2,4 milhões habitantes. Belo Horizonte é circundada pelas montanhas da
Serra do Curral e é o principal centro de distribuição e processamento de uma região com
importantes atividades de agricultura e mineração, bem como um importante pólo industrial.
3.2.1 Características Climatológicas da RMBH – Minas Gerais
Com relação às características climáticas da RMBH, de acordo com NIMER (1979), a
região central de Minas Gerais encontra-se em uma área classificada como zona de
transição entre os climas quentes das latitudes baixas e os climas mesotérmicos de tipo
temperado das latitudes médias. O traço mais marcante do clima nas latitudes baixas (zona
tropical) é definido por duas estações: a chuvosa e a seca. Segundo NIMER (1979), o
caráter de transição climática da Região Sudeste inclina-se mais para o clima tropical do
que o temperado.
O estado de Minas Gerais encontra-se, durante todo o ano sob o domínio da
circulação do anticiclone subtropical do Atlântico Sul, e se caracteriza por ventos
predominantes do quadrante nordeste/este, próximo a superfície. A umidade da região é
proveniente do Oceano Atlântico e transportada pelos ventos de Nordeste. As serras do
Espinhaço e da Mantiqueira representam um anteparo físico e dinâmico ao transporte de
umidade disponível na atmosfera, a sotavento. Durante os meses de maior atividade
convectiva, a Zona de Convergência do Atlântico Sul (ZCAS) é um dos principais fenômenos
que influenciam no regime de chuvas dessas Regiões (QUADRO E ABREU, 1994).
Belo Horizonte possui um clima característico de regiões tropicais de altitude, tendo
verões amenos e invernos relativamente frios. Suas quatro estações do ano não
apresentam grandes diferenças entre si, exibindo características apenas de verão ou
inverno. O inverno é seco e os fenômenos que atuam são a Frente Polar Atlântica (FPA) e o
Anticiclone Subtropical do Atlântico. Devido à atuação predominante do Anticiclone
Subtropical do Atlântico Sul, onde a subsidência traz altas pressões para a região, as taxas
de umidade e, conseqüentemente, as chuvas, são baixas. Observando-se as Normais
Climatológicas do INMET (Figura 3.7), a temperatura não apresenta uma variação muito
32
brusca ao longo do ano. Os menores valores de temperatura são observados durante o
inverno ficando em torno de 20ºC. Em relação a precipitação, pode-se observar uma
diferença significativa entre a estação seca (inverno) e a estação chuvosa (demais meses
do ano).
Figura 3.7: Perfil mensal de temperatura, precipitação e umidade relativa de Belo Horizonte,
segundo as Normais Climatológicas (1961-1990). Fonte INMET, 1992.
3.2.2 Rede de Monitoramento da Qualidade do Ar
A RMBH possui uma Rede Automática de Monitoramento da Qualidade do Ar
constituída de nove estações automáticas. Todos os equipamentos que compõem a rede
são de origem francesa, fornecidos pela ENVIRONNEMENT S.A. Os poluentes monitorados
são: as partículas inaláveis (MP10), o dióxido de enxofre (SO2), monóxido de carbono (CO),
ozônio (O3) e o NOx, além dos parâmetros meteorológicos (FEAM, 2006).
Com base no monitoramento da qualidade do ar realizado pela FEAM, em 2005, na
Região Metropolitana de Belo Horizonte, deve-se destacar a freqüência cada vez mais alta
do poluente O3 na determinação da qualidade do ar como Regular em todos os municípios
em que esse poluente é monitorado. As concentrações de MP10 apresentam uma tendência
de queda nos últimos anos. Os níveis de SO2 e CO são, em geral, muito baixos, não sendo
determinantes para a classificação da qualidade do ar.
33
4. Metodologia
Os dados utilizados neste trabalho resultam de uma colaboração com a Faculdade
de Medicina da USP, na execução do projeto: “Avaliação Ambiental, Saúde e Sócio-
Econômica, do PROCONVE (Programa de Controle de Poluição do Ar por Veículos
Automotores) em Seis Regiões Metropolitanas”, com recursos da Fundação Hewllet e que
tem como coordenador geral o prof. Dr. Paulo Saldiva. Foram coletados dados diários de
material particulado, aproximadamente todo ciclo diário coberto, com diâmetro aerodinâmico
menor que 2,5 μm (MP2,5) em seis diferentes capitais (Rio de Janeiro, São Paulo, Belo
Horizonte, Recife, Curitiba e Porto Alegre). As amostras utilizadas neste trabalho referem-se
as cidades de Porto Alegre e Belo Horizonte. Detalhes dos locais de amostragens e técnica
utilizada serão descritos no item 4.1.
4.1 Locais de Amostragem
Em Porto Alegre, as amostragens de MP2,5 foram realizadas no prédio da Fundação
Faculdade Federal de Ciências Médicas de Porto Alegre, localizada na região central de
Porto Alegre. O ponto de amostragem localiza-se a cerca de 100 metros de distância de vias
de tráfego veicular intenso. Na Figura 4.1 podem ser observadas características locais em
torno da área do edifício onde estava o amostrador, região sob forte influência urbana como
também uma área verde nas proximidades, assim como o Rio Guaíba.
Figura 4.1: Edifício da Faculdade de Ciências Médicas de Porto Alegre, local de
amostragem.
34
Na RMBH, as amostragens de MP2,5 foram realizadas no prédio do Hospital da
Universidade Federal de Minas Gerais, localizado na região central de Belo Horizonte e
próximo a vias de tráfego intenso (cerca de 20 metros). Conforme pode ser observado na
Figura 4.2, a região em torno do local de amostragem caracteriza-se por ser área urbana
central, com presença de áreas vegetadas nas proximidades.
Figura 4.2: Edifício do Hospital da Universidade Federal de Minas Gerais, localizado em
região central de Belo Horizonte, onde as amostragem de MP2,5 foram realizadas.
As concentrações de MP2,5 foram amostradas diariamente, em Belo Horizonte no
período entre 15 de maio de 2007 e 06 de agosto de 2008 e, em Porto Alegre a amostragem
foi entre 02 de junho de 2007 a 04 de setembro de 2008. Ao todo, foram realizadas 374 e
332 amostras, respectivamente. O período de coleta para cada amostra foi de 24 horas,
sendo que as trocas dos filtros foram realizadas no período da manhã.
O material particulado foi amostrado em membranas de policarbonato (Millipore) com
poro de 0,8 m. O Impactador tipo Harvard foi utilizado para amostragem nas duas regiões,
sendo o corte de entrada para partículas menores que 2,5 m (MP2,5) e fluxo de ar de 10
litros por minuto. É importante destacar que o monitoramento através do Harvard tem sido
amplamente realizado em diversas partes do mundo para a realização de diagnósticos da
qualidade do ar (Chile e Colômbia), coleta de informações para estudos na área da saúde
(México) (O'NEILL et al., 2002) e caracterização de partículas (Grécia) (THOMAIDIS et al.,
2003). O equipamento tem sido aferido com outros obtendo como resultado uma boa
correlação em equipamentos do tipo Hi-Vol (amostradores de grandes volumes tipicamente
utilizados nas redes de monitoramento manual).
35
4.3 Métodos Analíticos
4.3.1 Gravimetria - Massa
Os filtros de policarbonato foram submetidos à análise gravimétrica, a qual consiste
na pesagem por diferença, ou seja, pesam-se os filtros antes e depois de amostrados. Neste
procedimento os filtros são acondicionados em sala apropriada com temperatura
aproximada de 22°C e umidade relativa de 45%. Para esta pesagem foi utilizada balança
analítica Mettler Toledo com precisão de seis casas decimais (µg), em que foram feitas três
pesagens. Uma vez determinadas as massas e conhecido o volume total amostrado, foram
calculadas as concentrações em massa depositadas subtraindo-se os valores dos filtros
“brancos de controle”, isto é, não amostrados. Estes filtros não amostrados são utilizados
para determinar uma possível contaminação, durante o processo de transporte, manuseio e
realização dos experimentos.
Como pode ser observado na Figura 4.3, após a amostragem os filtros adquirem
diferentes tipos de tonalidades, devido à deposição do material particulado. Filtros com
maiores concentrações de material particulado tendem a apresentarem tonalidade preta
escura, enquanto que menores concentrações apresentam-se em tons mais claros. Essa
diferença pode ser rapidamente percebida quando comparado ao filtro branco.
Figura 4.3: Comparação entre filtros brancos e amostrados (diferentes tons de preto), com
diferentes concentrações de MP2,5.
36
4.3.2 Refletância - Black Carbon
Para medir a concentração de carbono elementar presente em cada amostra, o
método empregado consistiu na determinação da refletância. Para isso, foi utilizadoo
Refletômetro, marca “Diffusion Systems Ltd.” modelo “Smoke Stain Reflectometer-Model 43”
(YAMASOE, 1994; LONGO, 1999; CCYOLLO, 2002), pertencente ao LFA do Instituto de
Física da USP.
Por ser um produto resultante da queima de combustíveis fósseis, o carbono
elementar pode funcionar como traçador de emissão veicular, particularmente de veículos a
diesel. Por esta razão, em vários trabalhos, são realizadas medidas de BC em regiões
urbanas para identificação da contribuição das fontes veiculares (WATSON et al., 2002).
A técnica de refletância consiste na incidência de luz de uma lâmpada de Tungstênio
no filtro amostrado, o qual reflete uma intensidade inversamente proporcional à quantidade
de BC presente (YAMASOE, 1994). Como as partículas de BC são boas absorvedoras de
luz, quanto maior a concentração no filtro (meio), menor a intensidade de luz refletida pelo
filtro e, consequentemente, menor a detectada pelo fotosensor. A curva de calibração da luz
refletida pela quantidade de carbono elementar adsorvida empiricamente para o
equipamento utilizado segue a definida por LOUREIRO et al. (1994) e, posteriormente,
utilizada por CASTANHO (1999), CCYOLLO (2002) e ALBUQUERQUE (2005). A equação
4.1, indica como, a partir da refletância medida, é possível determinar a concentração de BC
presente na atmosfera (CASTANHO, 1999).
V
ARRBC 2log43,15log832,71953,81 Equação 4.1
Onde:
R: refletância (%);
A: área do filtro (cm-2);
V: volume de ar amostrado (m-3)
Após a análise de refletância, os filtros foram cortados sendo ¼ do recorte utilizado
na análise do EDX e ¾ submetidos à cromatografia.
37
4.3.3 Florescência de Raios- X por Dispersão de Energia – Análise Elementar
Para a determinação da análise elementar dos compostos foi utilizada a técnica de
fluorescência de raios-X, que vem sendo utilizada principalmente para amostras sólidas,
permitindo a determinação simultânea da concentração de vários elementos, sem a
destruição da amostra, ou seja, não necessitando de nenhum tratamento químico prévio.
Entre as vantagens da fluorescência de raios-X para a análise química de elementos
pode-se citar: (a) adaptabilidade para automação, (b) análise rápida multielementar, muito
importante devido a interdependência entre os micronutrientes nos sistemas biológicos, (c)
preparação simplificada da amostra e (d) limite de detectabilidade dentro do exigido por
muitas amostras biológicas (FILHO,1999).
O princípio básico desta técnica pode ser descrito da seguinte forma: os raios-X
emitidos excitam os elétrons dos elementos que emitem linhas espectrais com energias
características de cada elemento e cujas intensidades estão relacionadas com a
concentração dos mesmos na amostra. De forma resumida, a análise por fluorescência de
raios-X consiste de três fases: excitação dos elétrons dos elementos que constituem a
amostra, dispersão dos raios-X característicos emitidos pela amostra e detecção destes.
A determinação da composição elementar do material particulado coletado em filtros
requer a análise de um filtro não exposto (filtro branco), cujo resultado é utilizado para se
obter os valores dos elementos constituintes do filtro. Os valores dos brancos são
descontados dos valores encontrados nas amostras. Os resultados da análise de
fluorescência de raios-X são representados através da média do percentual de cada
elemento em relação à área total varrida para todos os filtros analisados (FILHO, 1999).
Neste trabalho foi utilizado o modelo ED-X 700 HS “Energy Dispersive X-Ray
Spectrometer” da Shimadzu que permite a análise dos seguintes elementos: Mg, Al, Si, P, S,
Cl, K, Ca, Ti, V, Cr, Mn, Fe, Ni, Cu, Zn, Br e Pb. Os resultados obtidos dessa análise foram
convertidos às concentrações de cada elemento identificado pelo programa WinQXAS
(Windows Quantitative X-ray Analysis System), por meio de ajuste de linhas espectrais.Na
Figura 4.4 pode ser observado o exemplo de espectro de uma amostra de MP2,5 de Belo
Horizonte.
38
Figura 4.4: Exemplo de espectro de pulsos de raios X de uma amostra de MP2,5 de Belo
Horizonte, obtido por dispersão de energia.
4.3.4 Cromatografia de Íons - Cátions e Ânions Solúveis
Antes da análise por cromatografia iônica foi realizada a extração aquosa dos íons
presentes nas amostras coletadas. Após o corte realizado nos filtros, ¾ do recorte foram
colocados em recipiente apropriado, sendo as espécies solúveis do material particulado
extraídas por processo de agitação mecânica em água ultrapura (Sistema Gehaka – Master
System). A solução resultante foi agitada durante uma hora sendo logo após filtrada em filtro
Millex com 0,22 μm de diâmetro de poro da marca Millipore. Uma vez concluída esta etapa,
a solução encontra-se em condições de ser analisada por cromatografia.
A técnica de cromatográfica líquida baseia-se em mecanismos de troca e supressão
de íons, com detecção condutométrica para separação e determinação de cátions e ânions.
Em geral, são utilizadas duas colunas, uma separadora e outra supressora, sendo a última
instalada entre a coluna separadora e o detector condutométrico. A coluna supressora tem
como função: (a) diminuir quimicamente a condutividade dos íons do eluente (supressão do
sinal 35 de fundo) que saem da coluna separadora e (b) converter, simultaneamente, as
espécies de interesse numa forma mais condutora, como ácidos ou bases, que são então
monitorados pela célula condutométrica.
Esta técnica apresenta-se como um método versátil, seletivo e sensível sendo
aplicado em diversas áreas envolvendo análises iônicas para amostras clínicas, industriais,
farmacêuticas, alimentares e do meio ambiente. No presente estudo, para as análises dos
cátions (Na+, K+, Ca2+, Mg2+ e NH4 +) e dos ânions (SO4
2-, NO3-, Cl-, F-), foi utilizado o
cromatógrafo Metrohm modelo 761, com detecção condutométrica. Na Figura 4.5 pode ser
39
observado o exemplo de cromatograma de ânions de uma amostra de MP2,5 de Belo
Horizonte.
Figura 4.5: Exemplo de cromatograma de ânions de uma amostra de MP2,5 de Belo
Horizonte, obtido por cromatografia de íons.
Para estas análises as condições analíticas utilizadas foram, para a coluna aniônica
Metrosep A-Supp5, solução eluente de Na2CO3 4,0 mmol L-1 / NaHCO3 1,0 mmol L-1; vazão
de 0,7 mL min-1; coluna supressora Metrohm e regenerante solução de H2SO4 50 mmol L-1 -
água desionizada sob vazão de 0,8 mL min-1. Para determinação dos cátions (Na+, NH4+, K+,
Ca2+ e Mg2+), as condições analíticas foram: coluna catiônica Metrosep modelo C2 150 da
Metrohm, solução eluente de ácido tartárico 4 mmol L-1 /ácido dipicolínico 0,75 mmol L-1,
volume de amostra de 100 L, fluxo 1,0 mL min-1 e sistema de supressão eletrônico
Metrohm. As determinações analíticas foram feitas utilizando-se a curva analítica de
calibração na faixa de concentração de 5 a 50 mol L-1.
4.4 Índice de Fisher
Para a avaliação das concentrações médias de MP2,5 de acordo com o dia da
semana, foi utilizado o Índice de Fisher (WILKS, 2006). O índice de Fisher é uma
combinação linear de características originais que produz a separação máxima entre duas
populações. Neste caso, foi utilizado como variáveis as concentrações médias de MP2,5 nos
finais de semana e as concentrações médias de MP2,5 para os dias da semana. Quanto
40
maior o Índice de Fisher, mais discrepante são os valores encontrados para finais de
semana dos valores encontrados para os demais dias da semana.
m1= concentração média nos dias da semana
m2= concentração média nos finais de semana
S21= variância das concentrações nos dias de semana
S22= variância das concentrações nos finais de semana
4.5 Dados Meteorológicos
As variáveis meteorológicas analisadas neste trabalho foram obtidas do Instituto
Nacional de Meteorologia (INMET), as quais incluem: temperatura do ar (ºC), umidade
relativa (%), pressão (hPa), velocidade. Os dados diários de vento utilizados, direção e
velocidade (m.s-1 - graus), obtidos por meio do METAR do Aeroporto de Belo Horizonte/
Pampulha e do Aeroporto Salgado Filho em Porto Alegre. Para a construção das rosas de
vento, foi utilizado o processador meteorológico WRPLOT View versão 6.5.1, desenvolvido
pela empresa canadense Lakes Environment Consultants.
As posições dos anticiclones e das frentes foram determinadas através das cartas
sinóticas de superfície, elaboradas pela Diretoria de Hidrografia e Navegação do Ministério
da Marinha – DNM (http://www.mar.mil.br/dhn/chm/meteo/prev/cartas/cartas.htm), e com
imagens de satélite obtidas através do CPTEC - INPE (http://satelite.cptec.inpe.br/home/).
5. Resultados e Discussões Analisando as concentrações médias anuais de MP2,5 (Tabela 5.1) nota-se que não
houve uma diferença muito significativa entre as concentrações médias de massa de Porto
Alegre em relação as de Belo Horizonte, sendo 14,6 e 14,9 µg.m-3, respectivamente. Isso
acontece também nas concentrações de Black Carbon, onde a diferença entre as médias
das duas cidades foi de apenas 0,62 µg.m-3. O fato de o desvio padrão de MP2,5 (13,2 µg.m-
3) e BC (4,6 µg.m-3) ter sido mais acentuado em Porto Alegre, inclusive supera a média de
Equação 4.2
41
BC (4,1 µg.m-3), se deve a existência de grande variabilidade tanto destas concentrações
como de massa de MP2,5 nas amostras obtidas nesta localidade.
Tabela 5.1: Concentrações médias e desvio padrão de MP2,5 e BC, em µg.m-3, em Porto
Alegre e Belo Horizonte.
Cidade N° de amostras Massa BC
X Ѕ X Ѕ
Belo Horizonte 374 14,9 7,74 4,68 3,41
Porto Alegre 332 14,6 13,2 4,07 4,55
X : Média aritmética simples da população amostral. Ѕ: Desvio padrão amostral
Avaliando o perfil de variação diária das concentrações de material particulado pode-
se observar que as duas capitais apresentaram comportamento bastante próximo. Embora
Belo Horizonte (Figura 5.7) tenha indicado uma concentração média de massa de MP2,5
sutilmente superior a Porto Alegre (Figura 5.1), esta apresentou uma amplitude de oscilação
bem mais acentuado do que o observado em Belo Horizonte. Conforme o valor de
referência utilizado neste trabalho para concentração média diária de 35 µg.m-3 para 24
horas, Porto Alegre apresentou 25 picos de concentração superior a este valor, 6 destas
ultrapassagens ocorreram no mês de setembro. Em Belo Horizonte foram registradas 8
ultrapassagens ao valor de 35 µg.m-3.
Em Porto Alegre, em 2007, os máximos de concentração de PM2,5 foram registradas
no período de junho a começo de outubro. Após este período, verifica-se a diminuição nas
concentrações deste poluente até o começo de março de 2008, voltando a ocorrer novos
picos de concentração no início do outono de 2008. De junho a agosto do novamente
observa-se uma diminuição nas concentrações deste poluente. O perfil diário de BC também
apresentou o mesmo comportamento do MP2,5, as maiores concentrações ocorreram de
junho a outubro de 2007 e de março a início de junho de 2008, enquanto que as menores
corresponderam no período de outubro de 2007 a março de 2008 e de junho a agosto de
2008.
42
Figura 5.1: Variação diária da concentração de MP2,5 e Black Carbon em Porto Alegre, no
período de maio de 2007 a agosto de 2008.
A diferença de variabilidade de concentração de massa do MP2,5 entre o inverno de
2007 e 2008 pode estar relacionada com a direção e a velocidade do vento em Porto Alegre.
Através de rosas dos ventos, gerada com dados de direção e velocidade do vento obtidos
através do METAR do aeroporto Salgado Filho, pode-se observar esta diferença na Figura
5.2. Embora nos dois períodos seja observada maior influência de vento da direção ESE,
em 2007 há uma contribuição significativa de ventos de E e W, enquanto que em 2008 nota-
se apenas uma ligeira contribuição de ventos de E. Em relação à velocidade do vento, em
2008 pode-se observar menor ocorrência de ventos calmos (7,6%) em relação a 2007
(11%), como também maior contribuição de ventos mais intensos entre 2,1 e 3,6 (10%) e 3,6
– 5,7 m.s-1 (4%). Nota-se que ventos desta magnitude não são observados de junho a
agosto de 2007, isto juntamente com o fato de ocorrerem mais situações de calmaria e a
contribuição de ventos do quadrante W pode ter contribuindo dificultando a dispersão de
poluentes como também advectando poluição desta direção, visto que nesta região estão
localizados indústrias como, complexo petroquímico, usina a carvão e fábrica de aço.
43
Junho – Agosto/2007
Junho – Agosto/2008
Figura 5.2: Rosa dos Ventos de 2007 e 2008 de Porto Alegre.
Na Figura 5.3 são apresentadas as rosas de vento do período de outubro a
dezembro de 2007 e de janeiro e fevereiro de 2008, período em que foi observado
diminuição nas concentrações de massa de MP2,5. Através desta, torna-se claro que, a
diminuição das concentrações de MP2,5 coincide com a menor ocorrência de vento calmos e
maior predominância de vento ESE. No último trimestre de 2007 a ocorrência de condições
de calmaria e a contribuição de ventos de E e SE assim como a predominância de ventos de
ESE (45%) ainda pode ser observada. Em janeiro e fevereiro de 2008 a contribuição de
ventos da direção E e SE diminuem significativamente, enquanto que a de ESE chega a
70%. Neste período, aproximadamente 24% dos ventos têm velocidade entre 3,6 e 5,7m.s -1
e nenhuma condição de calmaria é observada.
44
Outubro – Dezembro/2007
Janeiro – Fevereiro/2008
Figura 5.3: Rosa dos Ventos de Porto Alegre.
Conforme citado anteriormente, Porto Alegre apresentou 25 ultrapassagens do limite
considerado por este estudo como referência para o padrão do material particulado fino.
Embora o registro de picos de máxima concentração de MP2,5, seja mais freqüente na
estação chuvosa em Porto Alegre, em aproximadamente 50% dos casos de ultrapassagem,
foi identificada a ausência de precipitação por um período superior a seis dias. Por exemplo,
não houve ocorrência de precipitação entre os dias 04 e 17 de setembro, sendo que neste
período foram registrados seis picos de máximas concentrações chegando a 74,2 µg.m-3 no
dia 17. Depois deste período foi verificado uma diminuição nas concentrações de MP2,5
devido há um frente fria que permaneceu estacionária entre os dias 19 e 23, a qual foi
responsável por volumes significativos de chuva. De acordo com informações divulgadas
45
pelo site da Metsul(5.1), foi registrado no centro de Porto Alegre 154 milímetros de
precipitação em cinco dias.
Foi verificada a ocorrência de inversões térmicas abaixo de 500 m em 80% das
ultrapassagens, condição esta que contribui para a deterioração da qualidade do ar. A
temperatura passa a aumentar com a altura, inversamente ao que ocorre em condições
normais, com temperatura mais baixa próxima da superfície do que em níveis
imediatamente acima na atmosfera. A camada de ar quente sobreposta à camada menos
quente impede a mistura da atmosfera em ascensão vertical e os poluentes se acumulam
junto à superfície. A inversão térmica pode dar origem ao nevoeiro que ocorre justamente no
começo da manhã, um dos momentos de maior presença de automóveis nas ruas. Foram
identificados pelo menos quatro episódios de ultrapassagens em que houve a ocorrência de
nevoeiro ou neblina no início da manhã. Na grande maioria dos casos analisados, também
foi identificada a atuação de sistemas de alta pressão e em cerca de 70 % dos casos de
ultrapassagens foram identificadas condições pré-frontais.
Como exemplo, será apresentada a análise sinótica do dia 08 de agosto de 2007 no
qual foi registrado em Porto Alegre, o pico de concentração de MP2,5 de aproximadamente
80 µg.m-3. Neste dia o Estado estava sob a influência de uma massa de ar frio,
acompanhada de uma camada de inversão e ventos de calmos a fracos, que ocasionou
estagnação atmosférica, o que pode justificar o alto valor de concentração registrado neste
dia.
Através das cartas sinóticas da 00 e 12Z (Figura 5.4), pode-se observar a perda de
intensidade de um sistema de alta pressão que as 00Z se encontrava sobre a região Sul do
país e as 12 Z nota-se o deslocamento desta para o oceano. O sistema de alta pressão atua
gerando movimento de subsidência de ar seco e frio, resultando em céu claro, sem nuvens
e fortes inversões térmicas, principalmente à noite.
______________ 5.1 Metsul: Empresa de consultoria e previsão do tempo e clima com atuação no Brasil e Conesul.
46
.
Figura 5.4: Cartas sinóticas referente a 00 e 12Z de Porto Alegre do dia 08 de agosto de
2008.
De acordo com a imagem de satélite das 09:15Z (Figura 5.5a), nota-se a ausência de
nebulosidade sobre a maior parte do país. Esta situação favoreceu a ocorrência de inversão
térmica, o que pode ser observado na radiossondagem (Figura 5.5b) das 12Z. Em relação
às variáveis atmosféricas atuantes neste dia em Porto Alegre, a temperatura média foi
relativamente baixa (7,5 °C), pressão atmosférica de 1021 hPa com predomínio de ventos
fracos (velocidade menor que 2 m.s-1). Como pode ser visto na Figura 5.6, a direção do
vento neste dia é de W, ou seja, vento proveniente da região de Charqueadas e São
Jerônimo onde estão localizadas as usinas termelétricas a carvão, TERMOCHAR
(Charqueadas) e Usina Termelétrica de São Jerônimo – UTSJ.
47
Figura 5.5: a) Imagens do satélite GOES-10, no canal Infravermelho colorido às 09:15Z; b)
Radiossondagem atmosférica às 12Z, do dia 08 de agosto de 2008 de Porto Alegre.
Figura 5.6: Rosa dos Ventos referente ao dia 08 de agosto de 2008 de Porto Alegre.
48
Em relação ao perfil diário de concentração de massa de MP2,5 e Black Carbon em
Belo Horizonte (Figura 5.7), observa-se picos mais elevados de concentrações de MP2,5
ocorreram de maio a começo de novembro de 2007, sendo 5 das 6 ultrapassagens ao valor
de 35 µg.m-3, registradas em 2007 ocorreram entre final de agosto e começo de novembro.
A partir da segunda metade do mês de agosto, pode-se notar uma diminuição significativa
nas concentrações de material particulado na atmosfera de Belo Horizonte. De acordo com
o gráfico, no final de março e começo de abril de 2008 as concentrações voltam a aumentar
novamente. Mesmo com a diminuição das concentrações de MP2,5 o teor de BC nas
amostras de Belo Horizonte não demonstra variação significativa, o que não é observado
nas amostras de Porto Alegre.
Figura 5.7: Variação diária da concentração de MP2,5 e Black Carbon em Belo Horizonte, no
período de maio de 2007 a agosto de 2008.
Em Belo Horizonte, os meses mais quentes (outubro-março) coincidem com a
estação chuvosa, correspondendo a 88% da precipitação total anual, sendo que novembro,
dezembro e janeiro são os meses mais chuvosos. De todos os eventos de precipitação, 43%
ocorrem em janeiro, isto somado a dezembro e novembro totaliza 80% das ocorrências de
todo estação chuvosa. Os meses mais frios (abril-setembro) correspondem ao período de
seca. Comparando a Figura 5.8 com a Figura 5.7 pode-se observar claramente a relação
inversa entre a precipitação e a concentração de massa do MP2,5. Mesmo com o registro de
ocorrência de precipitação, no mês de outubro, ainda pode-se observar episódios de altas
concentrações de MP2,5. Nota-se que o volume de chuva acumulado em 24 horas não foi
suficiente para que houvesse a remoção de poluentes da atmosfera. Vale ressaltar também,
49
o número de dias com chuva, que em outubro e novembro foram registrados apenas 14 dias
com chuva, enquanto que em janeiro e fevereiro foram registrados 29 dias. Novamente, a
partir de abril a precipitação volta a diminuir, o que pode ter contribuído para novos registros
de máximos de concentração de MP2,5.
Figura 5.8: Variação diária da precipitação acumulada em 24 horas, no período de maio de
2007 a julho de 2008 em Belo Horizonte.
O comportamento do vento nos períodos de ocorrência de máximas e mínimas
concentrações de MP2,5 também apresentaram alguma variação. Nota-se, a partir da Figura
5.9, que os máximos de concentração de material particulado coincidiram com períodos em
que a direção do vento predominante foi de ESE e E, com 53% em condições de calmaria e
apenas 1,3% de ocorrência de ventos com velocidade entre 2,1 e 3,6 m.s-1. No entanto,
períodos em que foram registrado diminuição nas concentrações de MP2,5, o vento
predominante foi de direção E, com ligeira contribuição de ventos da direção ESE. Em
relação a velocidade do vento, condições de calmaria são observadas em apenas 10% de
freqüência, enquanto que 82% foram ventos fracos de 0,5 a 2,1 m.s-1, 7% de 2,1 a 3,6 e
cerca de 2% foram ventos de 3,6 a 5,7 m.s-1.
50
Maio – Agosto/2007
Dezembro/07 - Março/2008
Figura 5.9: Rosa dos Ventos de Belo Horizonte.
Em relação aos dias em que houve ultrapassagem ao valor de referência utilizado
neste trabalho, das oito ultrapassagens, metade delas apresentou condições de calmaria,
enquanto que a outra metade apresentou ventos fracos (de 0,5 a 2,1 m.s-1) com direção de
E. Devido à ausência de radiossondagens atmosféricas em Belo Horizonte, para os dias em
que ocorreram os picos máximos de concentração de material particulado fino, não pode ser
verificado se houve ocorrência de inversões térmicas nestes casos. Porém, os dias em que
estas ultrapassagens foram registradas, apresentaram condições atmosféricas pré-frontais
(CLIMANÁLISE, 2007), o que também pode ter contribuído para a ocorrência destes picos
máximos. Foi observada a ausência de precipitação por um período maior que 15 dias em
quatro das cinco ultrapassagens ocorridas em Belo Horizonte, em casos extremos como a
51
ultrapassagem do dia 17 de julho de 2007, foram 57 dias sem registros de precipitação
antes da entrada de uma frente fria no dia 19 do referido mês.
De acordo com a literatura, resultados similares a estes foram observados tanto em
Belo Horizonte como em Porto Alegre. ORSINI et al. (1986) coletou amostras de MP2,5 em
algumas cidades brasileiras de 1982 a 1985, inclusive Porto Alegre e Belo Horizonte. A
concentração média de MP2,5 obtida em 33 amostras de Porto Alegre foi de 15,9 μg.m-3,
enquanto que para as 8 amostras coletadas em Belo Horizonte a concentração média de
massa de MP2,5 foi de 15,8 μg.m-3. Também em BRAGA et al. (2005) e DALLAROSA et al.
(2008) foi verificada para a Região Metropolitana de Porto Alegre, concentrações médias de
MP2,5 de aproximadamente 15 μg.m-3 na zona urbana e de 7 μg.m-3 na zona rural. Segundo
BRAGA et al. (2005), foi verificada a concentração média de MP2,5 para um período de
amostragem de abril a dezembro de 2002, em um total de 176 amostras foi obtida 15 μg.m-3
de concentração média deste poluente, sendo que a concentração máxima foi de 44 μg.m -3
e a mínima de 1 μg.m-3.
Em estudos realizados na Europa, concentrações de MP2,5 em zonas rurais em geral
aparecem bastante uniforme, entre 11 μg.m-3 e 13 μg.m-3, consideravelmente mais baixos
do que as concentrações urbanas (cerca de 15-20 μg.m-3), que por sua vez são mais baixas
do que as médias anuais de MP2,5 em regiões de maior tráfego (20-30 μg.m-3). Na Ásia
partículas finas são responsáveis pela maior parte dos problemas de visibilidade, recentes
medições no centro de Pequim mostram as concentrações médias de MP2,5 foram
superiores a 100 μg.m-3. As concentrações médias mensais variaram entre 61 μg.m-3 e 139
μg.m-3, enquanto que durante episódios de poluição atmosférica a média diária pode chegar
a 300 μg.m-3 (WHO, 2005).
Considerando apenas a porcentagem de Black Carbon presente nas amostras de
MP2,5, pode-se verificar que este ficou em torno de 26 e 31% em Porto Alegre e Belo
Horizonte, respectivamente. Estes valores estão bem acima dos valores tipicamente
esperados para áreas urbanas pela EPA (10% da massa do MP2,5). De acordo com o perfil
de variação da porcentagem de carbono elementar em Porto Alegre (Figura 5.10), nota-se
que a fração de BC se manteve em torno de 10 a 40% do material particulado fino.
Enquanto que em Belo Horizonte, apenas duas das amostras revelaram porcentagens
abaixo de 10%, como pode ser observado na Figura 5.11. Com exceção dos valores
extremos, a presença de BC em Belo Horizonte oscilou entre o intervalo 15 a 60% do
material particulado.
52
Figura 5.10: Variação diária da porcentagem de Black Carbon presente nas amostras de
MP2,5 em Porto Alegre.
Em relação ao gráfico que corresponde a variação da porcentagem de carbono
elementar presente no MP2,5 em Belo Horizonte (Figura 5.11), vale a pena ressaltar a
significativa diminuição nas concentrações no período entre o final de agosto ao começo de
dezembro de 2007. Isto pode estar relacionado ao início do período de chuvas na região.
Figura 5.11: Variação diária da porcentagem de Black Carbon presente nas amostras de
MP2,5 em Belo Horizonte.
53
Por ser produzido principalmente pela queima de biomassa e de combustíveis
fósseis usado em indústrias e veículos, o Black Carbon é bastante utilizado como elemento
traçador em estudos de transporte de poluentes atmosféricos devido a sua origem
estritamente antropogênica. Isto pode vir a explicar a maior porcentagem de carbono
elementar nas amostras de MP2,5 obtidas em Belo Horizonte, visto que é uma região
fortemente industrializada e com um frota veicular de quase um milhão de veículos.
Segundo MAHMOUD et al. (2008), foi verificado para a cidade do Cairo no outono de
2004 e a primavera de 2005, que as concentrações médias horárias de Black Carbon são
significativamente maiores no outono em relação à primavera (9,9 ± 6,6 e 6,9 ± 4,8 μg.m-3,
respectivamente) e bastante variável em curta escala de tempo (diurno). Utilizando um
modelo simples, foi constatado que o tráfego é de longe a principal fonte do BC no Cairo,
durante o dia e no outono, quando além da influência do tráfego ainda há a queima de
biomassa na região do delta do Nilo.
5.1 Comportamento Médio de Acordo com o Dia da semana
Considerando a concentração media de MP2,5 e BC para cada dia da semana, pode
ser observado que as concentrações mais baixas, em Porto Alegre (Figura 5.12), foram
encontradas nos finais de semana, o que pode ser explicado pela diminuição das atividades
industrias como também menor circulação de veículos. Nos demais dias da semana é
verificado um aumento nas concentrações, ficando em torno de 15 μg.m-3, exceto na terça-
feira quando é identificado um pico nas concentrações de 17,4 μg.m-3. Na sexta-feira as
concentrações voltam a diminuir ficando na média de 13 μg.m-3 de sexta a domingo. Em
relação ao comportamento do Black Carbon ao longo da semana, este apresentou perfil
similar ao MP2,5, diminuindo as concentrações deste poluente a partir da sexta-feira e
voltando a aumentar na segunda-feira. Assim como o MP2,5 o pico nas concentrações no
decorrer da semana ocorre na terça-feira.
54
Figura 5.12: Concentração média por dia da semana de MP2.5 e Black Carbon (μg m-3), para
o período amostrado em Porto Alegre.
O mesmo comportamento não foi verificado para Belo Horizonte (Figura 5.13), pois
apenas aos domingos (14,34 μg.m-3) é observada menor concentração média de massa de
MP2,5 que o restante dos dias da semana. Dois picos de altas concentrações ocorrem no
decorrer da semana, na segunda-feira e no sábado, sendo os dois superiores a 15 μg.m-3.
Nos demais dias da semana, de terça a sexta-feira, as concentrações ficam em torno de
14,70 μg.m-3. Como o observado em Porto Alegre, o perfil de variação nas concentrações de
carbono elementar em Belo Horizonte é bem próximo ao do MP2,5, ou seja, aos domingos
foram registradas, embora sutilmente, menores quantidades de Black Carbon no material
particulado amostrado.
55
Figura 5.13: Concentração média por dia da semana de MP2.5 e Black Carbon (μg m-3),
para o período amostrado em Belo Horizonte.
Para melhor interpretação destas concentrações médias de MP2,5 para cada dia da
semana, foi utilizado o Índice de Fisher (WILKS, 2006). Neste caso foi utilizado como
variáveis os as concentrações médias de MP2,5 nos finais de semana e as concentrações
médias de MP2,5 para os dias da semana. Quanto maior o Índice de Fisher mais discrepante
são os valores encontrados para finais de semana dos valores encontrados para os demais
dias da semana. De acordo com a Equação 4.2 foi encontrado para Belo Horizonte índice
igual a 0,05, enquanto que para Porto Alegre 0,53, o que vem a confirmar que as
concentrações médias correspondente aos finais de semana em Porto Alegre se distingue
das concentrações médias de MP2,5 encontradas nos demais dias da semana.
5.2 Variabilidade sazonal
Em relação ao comportamento sazonal do MP2,5, o perfil de variação foi bastante
próxima nas duas capitais, embora cada uma delas apresente características climáticas
distintas. Nos gráficos das Figuras 5.14 e 5.15 pode-se observar a sazonalidade bem
definida tanto em Porto Alegre como em Belo Horizonte, onde a concentração média de
MP2,5, apresenta-se mais elevada nos meses de inverno (jun/jul/ago) em relação aos meses
de verão (dez/jan/fev).
56
Figura 5.14: Variação média sazonal de MP2,5 e de Black Carbon em Porto Alegre.
De acordo com a Figura 5.15, observa-se que Belo Horizonte apresenta maior
concentração média de massa de MP2,5 tanto no inverno (16,7 µg.m-3) como no verão (9,0
µg.m-3), quando comparada as médias obtidas em Porto Alegre (Figura 5.14) que foi de 14,2
µg.m-3 no inverno e 7,4 µg.m-3 no verão.
Dentre os resultados obtidos, verifica-se que o Black Carbon apresenta perfil de
variação sazonal similar a concentração média de massa de MP2,5, onde Belo Horizonte
registrou concentração média de 5,6 µg.m-3 no inverno e 3,1 µg.m-3 no verão, enquanto que
para Porto Alegre foi de 4,3 µg.m-3 no trimestre de junho-julho-agosto e de 1,8 µg.m-3 no
verão.
Figura 5.15: Variação média sazonal de MP2,5 e de Black Carbon em Belo Horizonte.
57
Resultados semelhantes a estes podem ser encontrados na literatura (CASTANHO E
ARTAXO, 2001; MIRANDA et al, 2002; FENG, Y. et al, 2009), onde são verificadas maiores
concentrações de MP na atmosfera nos meses de inverno em relação ao verão. Isto pode
ser explicado pelo fato de que o inverno que são observadas as condições meteorológicas
adversas à dispersão de poluentes no ar, tais como: ausência de precipitação, aumento da
ocorrência de inversões térmicas mais próximas a superfície e condições de calmarias.
5.3 Análise dos Resultados da Composição Elementar
As partículas da atmosfera compreendem uma complexa mistura de diversos
elementos e compostos, sendo constituídos basicamente de sulfatos, nitratos, amônia,
compostos orgânicos, sais marinhos, elementos do solo (Al, Si, Ti, Ca, Fe), metais pesados
(Pb, Zn, Ni, Cu, V, Cr, Cd, e outros). A partir da composição química destas partículas
atmosféricas pode-se inferir sobre as principais fontes de emissão de poluentes em uma
determinada localidade. Com isto, através da Figura 5.16 é possível verificar a influência de
atividade locais ao comparar a composição elementar das amostras de MP2,5 obtidas em
Belo Horizonte e em Porto Alegre.
Como mencionado anteriormente, a Região Metropolitana de Belo Horizonte é
responsável por 66% da atividade mineradora do estado de Minas Gerais além do que está
localizada na região metalúrgica do estado com indústrias de grande porte ligadas ao setor
siderúrgico, de minerais não metálicos (cimento e cal), de petróleo e a indústria
automobilística. O desenvolvimento de tais atividades pode ser responsável pelas maiores
concentrações de Mg, Al, Si, Ca, Mn e Fe no MP2,5 do que as encontradas em Porto Alegre.
Elementos metálicos provenientes de diferentes fontes antropogênicas estão
associados com partículas de diferentes frações. Aquelas emitidas durante a queima de
combustíveis fósseis (V, Co, Pb, Ni and Cr) estão associadas em sua maioria à partículas
menores que 2,5 μm de diâmetro. Indústrias metalúrgicas liberam na atmosfera As, Cr, Cu,
Mn e Zn, a poluição devido ao tráfego veicular incluem as emissões de elementos como o
Fe, Pb, Cu, Zn e Cd, que podem estar associado a partículas finas e grossas (QUEROL et
al., 2002; ALASTUEY et al., 2006, BIRMILI et al., 2006).
58
Figura 5.16: Concentração média dos elementos presentes nas amostras de MP2,5 de Belo
Horizonte e Porto Alegre.
BRAGA (2005), verificou para três regiões distintas da Região Metropolitana de Porto
Alegre, a presença de Si, S, Cl, K, Ca, Ti, V, Cr, Mn, Fe, Ni, Zn e Cu no MP10 e MP2,5 e
através de análises estatísticas obteve a caracterização de diferentes fontes: usinas
siderúrgicas, queima de resíduos hospitalares, carvão em centrais elétricas, fontes
veiculares, industriais e naturais, bem como sal marinho de massas de ar oceânicas . De
acordo com este estudo, o elemento Vanádio estaria associado a tráfego de veículos
pesados a diesel, enquanto que o Ni e o Zn estariam associados a emissões industriais e
veículos movidos a gasolina.
De acordo com a análise estatística o V, Cr, Zn, Ni, Mn e Fe demonstram a
significativa influência de atividades industriais como as emissões da usina termelétrica a
carvão TERMOCHAR e usinas siderúrgicas localizadas em Charqueadas, um dos pontos de
amostragem. Em outro ponto de amostragem, caracterizado pela contribuição de partículas
devido à queima de resíduos hospitalares, o Zn esteve relacionado a esta fonte assim como
o Cl e o S, no entanto não se pode excluir a contribuição marinha para o Cl. Foi observado
também, que os elementos S, Cr, Ni, Cu e Zn apresentaram concentrações mais elevadas
nas partículas finas o que pode ser devido a queima de carvão.
A caracterização química de elementos presente no material particulado tem tornado
possível a identificação de possíveis fontes de emissões de poluentes em localidades
bastante distintas. Na Tabela 5.2, pode-se observar os resultados de análises químicas
elementares obtidas neste trabalho em comparação a resultados obtidos por outros autores
59
em regiões urbanas (São Paulo e Bern) como também em área rural (Chaumont). Os
resultados evidenciam as concentrações de elementos traços emitidos principalmente por
processos antropogênicos, como o K, Ca, V, Mn, Fe, Cu e o Pb, os quais se apresentam em
maiores concentrações em regiões urbanas (Porto Alegre, Belo Horizonte, São Paulo e
Bern) em relação ao meio rural (Chaumont) (ALBUQUERQUE, 2005; HUEGLIN et al.,
2005).
De acordo com estudos realizados anteriormente em Belo Horizonte em Porto
Alegre, é possível verificar uma variação nas concentrações média de alguns elementos
presente no MP2,5 de algumas décadas para cá. Conforme os resultados obtidos por ORSINI
et al. (1986), em comparação com os resultados aqui encontrados (Tabela 5.3), para Porto
Alegre nota-se que houve uma diminuição nas concentrações de Mg, Si, S, Ti, V, Cr, Ni, Zn
do anos 80 em relação aos últimos anos. Enquanto que, pode-se observar também aumento
sutil nas concentrações de Ca e Mn, e aumento significativo (mais de 50%) nas
concentrações de Cl, K e Fe. Em Belo Horizonte, vale ressaltar que, ao contrário de Porto
Alegre o Fe apresentou diminuição nas concentrações, enquanto que o S, o Cr e o Zn
demonstraram um aumento nas concentrações nas últimas décadas. HUEGLIN (2005),
também verificou que as concentrações de V, Mn, Cd e Pb tem sido decrescente em
comparação a dados disponíveis em meados dos anos 80 na Suíça.
60
Tabela 5.2: Composição química elementar do MP2,5 (concentração média) obtida no
presente estudo em comparação com outros autores em diferentes locais de amostragem (valores em ng.m-3).
* Região urbana (Bern) e rural (Chaumont) Suíça, respectivamente a Presente estudo.
b ALBUQUERQUE, 2005. c HUEGLIN et al., 2005.
Variáveis Porto Alegre a
2007-2008
Belo Horizonte a
2007-2008
São Paulo b
2003
Suíça c*
1998-1999
Na 122,9 51,3 84 - 68
Mg 10,7 22,4 13 - 10
Al 43,2 52,7 26 - 34
Si 80,9 199,8 169,4
P 10,1 6,60
S 354,2 366,7 1116,3
Cl 97,5 10,3
K 271,6 192,5 275,6 186 - 68
Ca 37,1 97,1 58,8 106 - 46
Ti 4,15 5,03 12,0 0,05 - 0,01
V 0,88 1,58 2,9 1,4 - 0,8
Cr 1,01 0,65
Mn 4,5 39,9 8,7 4,4 - 0,8
Fe 80,2 129,3 247,8 204 - 26
Ni 1,91 0,83 3,0 1,3 - 1,3
Cu 3,57 3,14 22,1 8,7 - 6,0
Zn 16,7 14,7 121,8
Se 1,02 0,38 5,1 0,21 - 0,22
Br 2,91 2,43
Pb 7,34 5,39 51,0 30 - 4,7
61
Tabela 5.3: Comparação entre resultados de composição química elementar obtidos no
presente trabalho, para Belo Horizonte e Porto Alegre e resultados obtidos por ORSINI (1986), concentração média em μg m-3).
* Valores hachurados apresentaram diminuição nas concentrações. aORSINI et al., 1986. bPresente estudo.
Variáveis Porto Alegre a
1983
Porto Alegre b
2008
Belo Horizonte a
1984
Belo Horizonte b
2008
Na 122,9 51,3
Mg 57,28 10,7* 25,41 22,4
Al 43,2 52,7
Si 146,76 80,9 234,42 199,8
P 10,1 6,60
S 458,04 354,2 297,17 366,7
Cl 18,25 97,5 10,30 10,3
K 93,71 271,6 103,28 192,5
Ca 31,31 37,1 31,41 97,1
Ti 5,10 4,15 5,26 5,03
V 6,07 0,88 3,66 1,58
Cr 2,59 1,01 0,24 0,65
Mn 3,08 4,5 4,14 39,9
Fe 39,13 80,2 188,36 129,3
Ni 2,30 1,91 2,69 0,83
Cu 3,30 3,57 5,51 3,14
Zn 26,76 16,7 9,89 14,7
Se 1,02 20,09 0,38
Br 2,91 2,43
Pb 7,34 5,39
62
5.4 Variabilidade Temporal das Concentrações Elementares
De acordo com a Figura 5.17 pode-se avaliar o comportamento das concentrações
(ng.m-3) dos elementos Mg, Al, Si, S, K, Ca, Mn, Fe nas amostras de MP2,5 de Porto Alegre
de acordo com as seguintes situações: a)dias com e sem precipitação, b) com o dia da
semana e c) variação sazonal.
A Figura 5.17a mostra as médias das concentrações elementares para dias com e
sem precipitação. Pode-se notar que os dias sem precipitação apresentaram maiores
concentrações de quase todos os elementos, com exceção do potássio e o ferro que
apresentou uma concentração ligeiramente maior mesmo com a ocorrência de precipitação.
O fato do processo de remoção úmida ser eficiente para a remoção de partículas finas em
suspensas na atmosfera pode explicar esta diminuição nas concentrações.
De acordo com o perfil de variação das concentrações médias elementares de
acordo com o dia da semana (Figura 5.17b), torna-se claro a contribuição de emissões de
origem veicular e industrial, visto que todos os elementos, com exceção do Mn,
apresentaram maiores concentrações durante a semana quando comparadas as
concentrações médias dos finais de semana. Vale ressaltar a diferença significativa entre as
concentrações médias de enxofre, que durante a semana foi de 388 ng.m -3 e no final de
semana foi de 224 ng.m-3. O Si e o Fe, tiveram suas concentrações reduzidas quase 50%
nos finais de semana, cerca de 50 e 48 ng. m-3, respectivamente. Isto pode estar
relacionado à diminuição das atividades industriais nos finais de semana, visto que estes
elementos são provenientes de fontes desta tipologia.
É apresentada na Figura 5.17c, a variação das concentrações médias elementares
para diferentes estações do ano. Nota-se que, quase todos os elementos apresentaram
maiores concentrações no inverno de 2008, com exceção do K, que apresentou maior
concentração média no inverno de 2007 e do S que apresentou máximo de concentração no
verão. Vale ressaltar o comportamento do elemento Mg, que não esteve presente nas
amostras de MP2,5 obtidas tanto no inverno de 2007 como no outono de 2008.
Em relação a Belo Horizonte, é apresentado na Figura 5.18 o perfil de variação das
concentrações médias (ng. m-3) dos elementos Mg, Al, Si, S, K, Ca, Mn, Fe nas amostras de
MP2,5 de acordo com as seguintes situações: a)dias com e sem precipitação, b) com o dia
da semana e c) variação sazonal.
Avaliando o perfil de variação das concentrações elementares médias para dias com
e sem precipitação, foi observado (Figura 5.18a) que, com exceção do Ca, todos os demais
elementos apresentaram maiores concentrações em dias sem precipitação. Isto demonstra
63
a eficiência da precipitação na remoção de partículas atmosféricas em Belo Horizonte, ainda
mais que nesta capital o período seco é bem definido.
No que se refere à variação das concentrações médias elementares de acordo com
o dia da semana (Figura 5.18b), pode-se observar que, com exceção do Mg, as
concentrações médias não apresentaram uma diferença significativa entre os dias de
semana e os finais de semana. O Al, S, Ca e Fe, apresentaram concentração média nos
dias de semana sutilmente maior que nos finais de semana, enquanto que o Si e o K
apresentaram concentração média levemente menor no dias de semana e o Mn não
apresentou diferença entre as concentrações médias de final de semana e dia de semana.
É apresentada na Figura 5.18c, a variação das concentrações médias elementares
para diferentes estações do ano. Nota-se que, quase todos os elementos apresentaram
maiores concentrações na primavera de 07, com exceção do Si e do Mn que apresentaram
maiores concentrações médias no inverno de 2007 e outono de 08, respectivamente. Vale
ressaltar o comportamento do elemento Mg, que esteve presente,mesmo em concentrações
médias baixas, apenas no inverno de 08 e no verão.
64
a) Dias com chuva e sem chuva b) Dias da semana e finais de semana
c) Variação Sazonal
Figura 5.17: Variação das concentrações médias (em ng. m-3) dos elementos Mg, Al, Si, S, K, Ca, Mn, Fe em Porto Alegre (a) para dias com e sem
precipitação, (b) durante a semana e os finais de semana e (c) por estações do ano.
65
a) Dias com chuva e sem chuva b) Dias da semana e finais de semana
c) Variação Sazonal
Figura 5.18: Variação das concentrações médias (em ng. m-3) dos elementos Mg, Al, Si, S, K, Ca, Mn, Fe em Belo Horizonte (a) para dias com e
sem precipitação, (b) durante a semana e os finais de semana e (c) por estações do ano.
66
5.5 Análise dos Resultados da Composição Iônica
O perfil de variação das concentrações médias dos íons Cl-, NO3-, SO4
2-, Na+, NH4+,
K+, Ca2+ (ng.m-3) obtidos por cromatografia iônica para Porto Alegre e Belo Horizonte são
apresentados na Figura 5.19. Torna-se claro que algumas espécies iônicas solúveis em
água estiveram em maior quantidade nas amostras obtidas nas duas capitais, como os
ânions SO42- e NO3
-, e os cátions NH4+ e K+. É importante ressaltar, a contribuição
significativa do sulfato no material particulado das duas capitais, que chega a ser três vezes
maior que os demais íons.
Também é possível identificar a contribuição mais significativa dos íons Cl- e o Na+
estavam nas amostras de Porto Alegre, o que pode ser justificado pela proximidade desta
cidade ao mar. Em Belo Horizonte, o cátion Ca2+ apresentou maior concentração média do
que em Porto Alegre, o que pode ser decorrente das atividades minerados desenvolvidas na
região. Com exceção deste elemento, todos os demais íons estiveram em maiores
quantidades no MP2,5 de Porto Alegre, em relação as amostras de Belo Horizonte. Vale
ressaltar a diferença entre as concentrações médias de nitrato presente no MP2,5 das duas
capitais, a qual foi cerca de 60% maior em Porto Alegre em relação a Belo Horizonte.
Figura 5.19: Variação da concentração média dos íons Cl-, NO3-, SO4
2-, Na+, NH4+, K+, Ca2+
presentes no MP2,5 de Belo Horizonte e Porto Alegre.
Estudos realizados em outras cidades, também apresentaram o mesmo perfil de
variação no que diz respeito à composição iônica do MP2,5. De acordo com a Tabela 5.4, em
67
diferentes estudos, os íons NO3-, SO4
2- e o NH4+ estiveram presentes em maiores
quantidades no material particulado fino em relação aos demais. Isto se deve ao fato de que
estes compostos são característicos de fontes antropogênicas. ALMEIDA et al. (2002), em
estudo realizado em Portugal, comenta que características de zonas urbana/industriais
fazem com que estas espécies sejam majoritárias no material particulado. No entanto, os
teores destes componentes observados em Lisboa são inferiores aos verificados em outras
áreas urbanas européias, o que se deve possivelmente à proximidade de Portugal em
relação ao oceano, que promove uma maior dispersão de poluentes. Vale ressaltar as altas
concentrações médias de todos os íons em Shangai em relação a Porto Alegre, Belo
Horizonte, Rio de Janeiro e Lisboa, o que pode evidenciar o alto nível de poluição nas
megacidades (SOLURI et al., 2007; ALMEIDA et al., 2002; WANG et al., 2006).
Tabela 5.4: Composição química iônica do MP2,5 (concentração média) obtida no presente estudo em comparação com outros autores em diferentes locais de amostragem.
Íons Porto
Alegrea Belo
Horizontea Rio de
Janeirob Lisboac Shangaid
ng m-3
Cl- 148,7 42,2 290 250 3000
NO3- 431,6 190,5 2400 1300 6230
SO42- 1167,8 1152,8 2700 3900 10390
Na+ 187,4 78,5 450 400 570
NH4+ 346,0 338,4 900 1300 3780
K+ 323,8 210,9 450 130 630
Ca2+ 37,1 107,3 - 380 1250
a Presente estudo. bSOLURI et al., 2007.
cALMEIDA et al., 2002. dWANG et al., 2006.
Investigações detalhadas das características químicas de partículas na atmosfera
são importantes tanto para elucidar a toxidade das partículas como o seu papel nas
mudanças climáticas. TAO (2007), correlacionou a visibilidade com a composição química
de 28 amostras de MP2,5 em Guangzhou, na China em abril de 2007. Os resultados obtidos
mostraram que o sulfato foi a espécie dominante, que afetou tanto a dispersão de luz quanto
e visibilidade. A contribuição percentual média de espécie degradante da visibilidade e
68
coeficiente de dispersão da luz foi de 40% para o sulfato, 16% para o nitrato, 22% para
produtos orgânicos, e 22% de carbono elementar.
A significativa correlação observada (Figuras 5.20 e 5.21) entre as concentrações de
enxofre (analisado por Fluorescência de Raios-X) e o sulfato (analisado por cromatografia
de íons), indica que o enxofre encontra-se, predominantemente na forma de sulfato no
material particulado fino das duas regiões estudadas.
Figura 5.20: Variação da concentração do enxofre do sulfato de amostras analisadas de
Porto Alegre e respectivo coeficiente de linearidade.
Figura 5.21: Variação da concentração do enxofre do sulfato de amostras analisadas de
Belo Horizonte e respectivo coeficiente de linearidade.
69
6. Considerações Finais
Este trabalho teve como objetivo estudar a composição química do material
particulado fino (MP2,5) de duas capitais brasileiras: Belo Horizonte e Porto Alegre. Além
disto, foi estudada a influência das condições meteorológicas na variação diária das
concentrações de massa do MP2,5.
Em relação à análise das concentrações diárias de MP2,5 e BC pode-se afirmar que
as maiores concentrações ocorreram no período de inverno, tanto em Belo Horizonte quanto
em Porto Alegre, porém ocasionadas por condições meteorológicas distintas em cada
capital. Em Belo Horizonte, por exemplo, a principal causa da ocorrência de altas
concentrações está diretamente ligada à ausência de precipitação no período de inverno,
visto que a precipitação é um importante processo de remoção de poluentes da atmosfera.
Enquanto que em Porto Alegre, vários fatores meteorológicos influenciaram as altas
concentrações no inverno, como as inversões térmicas em camadas próximas a superfície
como também a predominância de ventos de direção E e W, transportando poluentes de
regiões onde são desenvolvidas diversas atividades industriais.
Em relação ao Black Carbon, foi observado perfil similar as concentrações de massa
de MP2,5, o qual apresentou uma diminuição nas concentrações no período de inverno e
maiores concentrações no verão. Além disso, vale ressaltar a porcentagem de BC presente
nas amostras de MP2,5, que ficou em torno de 26 e 31% em Porto Alegre e Belo Horizonte,
respectivamente, bem acima dos valores tipicamente observados para áreas urbanas pela
EPA (10% da massa do MP2,5). Em Porto Alegre a fração de BC se manteve em torno de 10
a 40% do material particulado fino, enquanto que em Belo Horizonte, apenas duas das
amostras revelaram porcentagens abaixo de 10%, com exceção dos valores extremos, a
presença de BC em Belo Horizonte oscilou entre o intervalo 15 a 60% do total da massa do
material particulado.
A avaliação do perfil médio das concentrações MP2,5 e BC de acordo com o dia da
semana, revelou que as concentrações mais baixas, em Porto Alegre foram encontradas
nos finais de semana, o que pode ser explicado pela diminuição das atividades industriais
como também menor circulação de veículos. O mesmo comportamento não foi verificado
para Belo Horizonte, pois apenas aos domingos foi observada menor concentração média
de massa de MP2,5 que o restante dos dias da semana. Dois picos de altas concentrações
ocorreram no decorrer da semana, na segunda-feira e no sábado. Como o observado em
Porto Alegre, o perfil de variação nas concentrações de Black Carbon em Belo Horizonte é
bem próximo ao do MP2,5, ou seja, menores quantidades foram registradas aos domingos.
70
Em relação ao comportamento sazonal do MP2,5, o perfil de variação foi bastante
próxima nas duas capitais, embora cada uma delas apresente características climáticas
distintas. Pode ser observada a sazonalidade bem definida tanto em Porto Alegre como em
Belo Horizonte, onde a concentração média de MP2,5, apresenta-se mais elevada nos meses
de inverno (jun/jul/ago) em relação aos meses de verão (dez/jan/fev).
Em relação à análise elementar, o Si, S, K e o Fe, foram os elementos que
apresentaram maiores concentrações no MP2,5 tanto em Belo Horizonte como em Porto
Alegre. As concentrações de Mg, Al, Si, Ca, Mn e Fe no MP2,5 de Belo Horizonte, foram
maiores que em Porto Alegre, isto pode ser devido ao desenvolvimento de atividades
industriais indústrias de grande porte ligadas ao setor siderúrgico, de minerais não metálicos
(cimento e cal), de petróleo e a indústria automobilística em Belo Horizonte.
De acordo com o comportamento das concentrações elementares em relação aos
dias com e sem precipitação, foi observado, em Porto Alegre, que os dias sem precipitação
apresentaram maiores concentrações de quase todos os elementos, com exceção do
potássio e o ferro que apresentou uma concentração ligeiramente maior mesmo com a
ocorrência de precipitação. Enquanto que em Belo horizonte, com exceção do Ca, todos os
demais elementos apresentaram maiores concentrações em dias sem precipitação. O fato
do processo de remoção úmida ser eficiente para a remoção de partículas em suspensão na
atmosfera pode explicar esta diminuição nas concentrações.
Da análise do perfil de variação das concentrações médias elementares de acordo
com o dia da semana, em porto Alegre, ficou bem caracterizada a contribuição de emissões
de origem veicular e industrial, visto que todos os elementos, com exceção do Mn,
apresentaram maiores concentrações durante a semana quando comparadas as
concentrações médias dos finais de semana. Entretanto, em Belo Horizonte, as
concentrações médias não apresentaram uma diferença significativa entre os dias de
semana e os finais de semana, com exceção do Mg. Vale ressaltar que o Si e o K
apresentaram concentração média levemente menor no dias de semana e o Mn não
apresentou diferença entre as concentrações médias de final de semana e dia de semana.
Com relação à variabilidade sazonal das concentrações elementares, foi notado que
em Porto Alegre quase todos os elementos apresentaram maiores concentrações no inverno
de 2008, com exceção do K, que apresentou maior concentração média no inverno de 2007
e do S que apresentou máximo de concentração no verão. Em Belo Horizonte, quase todos
os elementos apresentaram maiores concentrações na primavera de 07, com exceção do Si
e do Mn que apresentaram maiores concentrações médias no inverno de 2007 e outono de
08, respectivamente.
71
Em relação à composição iônica das amostras de MP2,5 torna-se claro que algumas
espécies solúveis em água estiveram em maior quantidade nas amostras obtidas nas duas
capitais, como os ânions SO42- e NO3
-, e os cátions NH4+ e K+. É importante ressaltar, a
contribuição significativa do sulfato no material particulado das duas capitais, que chega a
ser três vezes maior que os demais íons. Também foi possível identificar a contribuição mais
significativa dos íons Cl- e o Na+ nas amostras de Porto Alegre, o que pode ser justificado
pela proximidade desta cidade ao mar. Em Belo Horizonte, o cátion Ca2+ apresentou maior
concentração média do que em Porto Alegre, o que pode ser decorrente de atividades
mineradoras desenvolvidas na região. Com exceção deste elemento, todos os demais íons
estiveram em maiores quantidades no MP2,5 de Porto Alegre. Vale ressaltar a diferença
entre as concentrações médias de nitrato presente no MP2,5 das duas capitais, a qual foi
cerca de 60% maior em Porto Alegre.
Os resultados de amostragem simultânea de MP2,5 em duas importantes regiões
metropolitanas do Brasil possibilitaram a avaliação da variabilidade de massa e composição
química do material particulado fino, melhorando o conhecimento sobre o aerossol
atmosférico nestas regiões. Além disto, foi observada a importância das condições
meteorológicas atuantes, contribuindo para o aumento dos níveis de poluição.
Finalmente, é importante destacar que no Brasil não há padrão de qualidade do ar
para MP2,5 e considerando as diretrizes da OMS para este poluente (10 g m-3 média anual
e 25 g m-3 média 24h) as duas regiões estudadas apresentaram problemas de qualidade
do ar com riscos à saúde da população.
7. Sugestões Para Trabalhos Futuros
Entre as possíveis sugestões de trabalhos futuros pode-se destacar a própria
continuidade das amostragens e análises. Porém também com atenção para campanhas
periódicas com mais pontos de amostragem em uma mesma região metropolitana,
principalmente nos períodos em que se observaram concentrações mais altas. Assim se
poderia conhecer com mais detalhes a distribuição do MP2,5 em diferentes áreas das
capitais estudadas.
72
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